WO2021025107A1 - ジフルオロリン酸リチウムの製造方法、ジフルオロリン酸エステルの製造方法、ジフルオロリン酸リチウム、非水電解液の製造方法、及び非水二次電池の製造方法 - Google Patents
ジフルオロリン酸リチウムの製造方法、ジフルオロリン酸エステルの製造方法、ジフルオロリン酸リチウム、非水電解液の製造方法、及び非水二次電池の製造方法 Download PDFInfo
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Definitions
- the present disclosure relates to a method for producing lithium difluorophosphate, a method for producing difluorophosphate, a method for producing lithium difluorophosphate, a non-aqueous electrolyte solution, and a method for producing a non-aqueous secondary battery.
- batteries which are electrochemical devices, information-related equipment and communication equipment, that is, power storage systems for small and high energy density applications such as personal computers, video cameras, digital cameras, mobile phones, smartphones, and electric tools, and electric vehicles , Hybrid vehicles, fuel cell vehicle auxiliary power supplies, power storage systems for large and power applications such as power storage are attracting attention.
- a non-aqueous electrolyte battery such as a lithium ion battery, a lithium battery, and a lithium ion capacitor.
- Patent Document 1 proposes to improve battery characteristics by adding vinylene carbonate to an electrolytic solution. This method prevents decomposition on the surface of the electrolytic solution by coating the electrode with a polymer film obtained by polymerizing vinylene carbonate, but the problem is that the internal resistance increases because lithium ions also do not easily pass through this film. It has become. It is known that the addition of lithium difluorophosphate disclosed in Patent Document 2 is effective in reducing this internal resistance.
- Patent Documents 3 to 7 Numerous synthetic methods have been developed and reported for lithium difluorophosphate used as an additive (for example, Patent Documents 3 to 7).
- the difluorophosphate is reacted with water and a lithium salt (for example, lithium chloride) to obtain lithium difluorophosphate.
- a lithium salt for example, lithium chloride
- the method is disclosed.
- the difluorophosphate ester is rapidly hydrolyzed with water, and the difluorophosphate produced here is further reacted with lithium chloride to obtain lithium difluorophosphate.
- the dihalophosphate ester compound is allowed to act with the fluorinating agent in a non-aqueous solvent under the action of a catalyst. It is disclosed that it is obtained.
- Non-Patent Document 1 a reaction of a dichlorophosphate (here, an ethyl ester) with potassium fluoride in acetonitrile can be mentioned. Be done.
- Patent Document 3 describes that it can be produced by reacting lithium hexafluorophosphate (hereinafter referred to as LiPF 6 ) with silicon dioxide, but it takes a very long time of 3 days to complete the reaction at a reaction temperature of 50 ° C. It takes. A method of raising the reaction temperature in order to improve the reaction rate can be considered, but if the temperature exceeds 60 ° C., decomposition of LiPF 6 may start to occur, which may lead to an increase in impurities, which is also problematic.
- LiPF 6 lithium hexafluorophosphate
- Patent Document 4 a method that enables the production of lithium difluorophosphate in a short time with good selectivity by reacting a halide other than fluoride with LiPF 6 and water in a non-aqueous solvent. Is open to the public. However, as in the above method using silicon dioxide, 4 molecules out of 6 fluorine atoms contained in the raw material LiPF 6 are removed, so that the waste treatment cost is added and the waste treatment cost is added. It cannot be said that it is an efficient mass production method from the viewpoint of aiming at effective utilization of limited fluorine resources.
- Patent Document 5 lithium carbonate and lithium dichlorophosphate synthesized by phosphorus oxychloride are reacted with hydrogen fluoride, and in Patent Document 6, phosphorus oxychloride is used.
- a method for obtaining lithium difluorophosphate by reacting lithium dichlorophosphate synthesized from lithium hydroxide with triethylamine hydrofluoric acid salt (the ratio of triethylamine to hydrofluoric acid is 1: 2.04 in molar ratio) has been released.
- a side reaction in which fluorine anion and lithium cation react to produce lithium fluoride proceeds. Therefore, in order to obtain high-purity lithium difluorophosphate, there is a big problem that it takes a lot of labor and it is necessary to remove fine lithium fluoride by filtration.
- difluorophosphate As a method for improving the utilization efficiency of fluorine as compared with Patent Documents 3 and 4 using LiPF 6 as a raw material and not accompanied by by-production of lithium fluoride as in Patent Documents 5 and 6, in Patent Document 7, difluorophosphate is used.
- a method for reacting an ester with water and a lithium salt (for example, lithium chloride) to obtain lithium difluorophosphate is disclosed.
- water is used as an essential raw material (0.8 to 1.7% by mass of water with respect to the total amount of raw materials (difluorophosphate + lithium salt + water + non-aqueous solvent) in the examples.
- the difluorophosphate is rapidly hydrolyzed with water, and the difluorophosphate produced here reacts further with lithium chloride to obtain lithium difluorophosphate.
- the number of raw materials used for the reaction is small, the man-hours required for preparing the raw materials are reduced and the efficiency is excellent. Therefore, from this viewpoint, a new manufacturing method is required.
- the difluorophosphate can be produced without using a special catalyst by the method shown in Non-Patent Document 1, the selectivity of fluorination (obtained by fluorination) depends on the manufacturer of the fluorinating agent and the production lot.
- the proportion of the target substance in the group of fluorinated compounds, hereinafter also referred to as "fluorination selectivity") may be low, and it has been strongly required to stably achieve a higher selectivity. ..
- lithium difluorophosphate powder in a non-aqueous solvent is an exothermic reaction, but lithium hexafluorophosphate, which is a main electrolyte contained in the non-aqueous electrolyte solution of a lithium ion battery, has a temperature exceeding 60 ° C. Decomposition begins to occur at. Therefore, in order to add an arbitrary amount of lithium difluorophosphate to the non-aqueous electrolytic solution and prepare an electrolytic solution containing the additive, it is necessary to pay close attention in order to suppress an increase in the internal temperature. ..
- the present disclosure has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is a novel method for producing lithium difluorophosphate, a method for producing a non-aqueous electrolyte solution, and non-water, which use less raw materials for the reaction and are excellent in efficiency.
- the purpose is to provide a method for manufacturing a secondary battery.
- the present disclosure discloses a method for producing a difluorophosphate which can stably achieve a high fluorination selectivity and a yield, a method for producing lithium difluorophosphate derived from the difluorophosphate, and the lithium difluorophosphate.
- a method for producing lithium difluorophosphate which comprises reacting a difluorophosphate ester represented by the following general formula (1A) with a lithium salt compound in a non-aqueous organic solvent.
- a method for producing lithium difluorophosphate which does not use water as a raw material in the reaction.
- R is a hydrocarbon group having 1 to 15 carbon atoms, and any hydrogen atom of the hydrocarbon group may be substituted with a halogen atom.
- the water content in the total amount of the difluorophosphate ester represented by the general formula (1A), the lithium salt compound, and the non-aqueous organic solvent before the reaction is 200% by mass or less.
- the total amount of the difluorophosphate represented by the general formula (1A), the lithium salt compound, and the non-aqueous organic solvent contains 145% by mass or less of water, ⁇ 1> or The method for producing lithium difluorophosphate according to ⁇ 2>.
- the water content in the total amount of the difluorophosphate ester represented by the general formula (1A), the lithium salt compound, and the non-aqueous organic solvent is 135 mass ppm or less, ⁇ 1> to The method for producing lithium difluorophosphate according to any one of ⁇ 3>.
- the lithium salt compound is any one of ⁇ 1> to ⁇ 4>, which is at least one selected from the group consisting of lithium chloride, lithium bromide, lithium fluoride, lithium carbonate, lithium acetate, and lithium propionate.
- the carbonate esters are at least one selected from the group consisting of ethyl methyl carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl propyl carbonate, ethyl propyl carbonate, propylene carbonate, and butylene carbonate, and the chain esters are acetic acid. It is at least one selected from the group consisting of ethyl, methyl acetate, propyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, and propyl propionate, and the ethers consist of dimethoxyethane, dimethoxymethane, tetrahydrofuran, and diethyl ether.
- the method for producing lithium difluorophosphate according to ⁇ 6> wherein the ketone is at least one selected from the group, and the ketones are at least one selected from the group consisting of acetone, ethyl methyl ketone, and diethyl ketone.
- ⁇ 10> A method for manufacturing a non-aqueous secondary battery using the non-aqueous electrolytic solution obtained by the manufacturing method according to ⁇ 9>.
- the following general formula comprises the step 1 of reacting a dihalophosphate represented by the following general formula (1) with a fluorinating agent having a hydrogen fluoride concentration of 15 mol% or less in a non-aqueous organic solvent (a).
- X represents a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, or an iodine atom
- Y represents a chlorine atom, a bromine atom, or an iodine atom
- R is a hydrocarbon group having 1 to 15 carbon atoms, and any hydrogen atom of the hydrocarbon group may be substituted with a halogen atom.
- the non-aqueous organic solvent (a) is at least one selected from the group consisting of carbonic acid esters and chain esters.
- the carbonate esters are at least one selected from the group consisting of ethyl methyl carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl propyl carbonate, ethyl propyl carbonate, propylene carbonate, and butylene carbonate, and the chain esters are acetic acid.
- the method for producing a difluorophosphate according to ⁇ 12> which is at least one selected from the group consisting of methyl, ethyl acetate, propyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, and propyl propionate.
- ⁇ 14> The method for producing a difluorophosphate according to any one of ⁇ 11> to ⁇ 13>, wherein the fluorinating agent is at least one selected from a hydrogen fluoride salt of an organic amine and an inorganic fluorinated product.
- the hydrogen fluoride salt of the organic amine is at least one selected from the group consisting of triethylamine hydrogen fluoride salt, tetramethylethylenediamine hydrogen fluoride difluoride salt, and pyridine hydrogen fluoride salt
- the inorganic fluoride product is The method for producing a difluorophosphate ester according to ⁇ 14>, which is at least one selected from the group consisting of ammonium fluoride, sodium fluoride, potassium fluoride, cesium fluoride, and zinc fluoride.
- the fluorinating agent is at least one selected from sodium fluoride, ammonium fluoride, triethylamine hydrogen monofluoride, and tetramethylethylenediamine difluoride difluoride, and the non-aqueous organic solvent (a) is 25.
- the method for producing a difluorophosphate ester according to ⁇ 11> which is at least one selected from esters having a relative permittivity of 8 or less at ° C., ethers having a relative permittivity of 8 or less at 25 ° C., and propylene carbonate.
- the fluorinating agent is at least one selected from sodium fluoride, ammonium fluoride, cesium fluoride, zinc fluoride, triethylamine hydrogen fluoride salt, and tetramethylethylenediamine hydrogen fluoride salt.
- the difluoro according to ⁇ 11>, wherein the non-aqueous organic solvent (a) is at least one selected from an ester having a relative permittivity of 8 or less at 25 ° C. and an ether having a relative permittivity of 8 or less at 25 ° C.
- the esters having a specific dielectric constant of 8 or less at 25 ° C. are ethyl methyl carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl propyl carbonate, ethyl propyl carbonate, ethyl formate, propyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, butyl acetate,
- the method for producing a difluorophosphate ester according to ⁇ 18> which is at least one selected from isobutyl acetate, pentyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, propyl propionate, and dibutyl phthalate.
- Production method. ⁇ 21> The difluorophosphate ester represented by the general formula (2), the lithium salt compound (b), and water produced by the method for producing a difluorophosphate according to any one of ⁇ 11> to ⁇ 20>.
- a method for producing lithium difluorophosphate which comprises a step 2 of reacting the mixture in a non-aqueous organic solvent (b).
- the non-aqueous organic solvent (b) is ester, n-hexane, cyclohexane, n-heptane, isoheptane, benzene, toluene, xylene, acetonitrile, dimethyl ether, diethyl ether, ethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol diethyl ether, propylene glycol dimethyl ether.
- the method for producing lithium difluorophosphate according to ⁇ 21> which is at least one selected from the group consisting of diethylene glycol dimethyl ether, anisole, phenetol, and tetrahydrofuran.
- the lithium salt compound (b) is lithium chloride, lithium bromide, lithium fluoride, lithium iodide, lithium hydroxide, lithium carbonate, lithium bicarbonate, lithium phosphate, lithium dihydrogen phosphate, dilithium hydrogen phosphate.
- the molar ratio of the difluorophosphate represented by the general formula (2), the lithium salt compound (b), and water in the step 2 is 1: 2: 2 to 1: 1: 0.01, ⁇ 21.
- the difluorophosphate ester represented by the general formula (2) produced by the method for producing a difluorophosphate ester according to any one of ⁇ 11> to ⁇ 20> and the lithium salt compound (c) are used. It has a step 3 of reacting in a non-aqueous organic solvent (c). Before the reaction in step 3, 200 mass of water is contained in the total amount of the difluorophosphate represented by the general formula (2), the lithium salt compound (c), and the non-aqueous organic solvent (c). A method for producing lithium difluorophosphate, which is ppm or less.
- the total amount of the difluorophosphate represented by the general formula (2), the lithium salt compound (c), and the non-aqueous organic solvent (c) contains 145% by mass of water.
- the lithium salt compound (c) is at least one selected from the group consisting of lithium chloride, lithium bromide, lithium fluoride, lithium carbonate, lithium acetate, and lithium propionate. The method for producing lithium difluorophosphate according to the above method.
- the non-aqueous organic solvent (c) contains esters and contains The method for producing lithium difluorophosphate according to ⁇ 28>, wherein the esters are at least one selected from the group consisting of cyclic carbonate esters, chain carbonate esters, chain esters, and cyclic esters.
- the difluorophosphate ester represented by the general formula (2) produced by the method for producing a difluorophosphate according to any one of ⁇ 11> to ⁇ 20> is chlorinated with a chlorinating agent.
- a method for producing lithium difluorophosphate which comprises a step 4 of synthesizing difluorophosphoric acid by hydrolysis after conversion to phosphoric acid difluoride oxide and further neutralizing it.
- ⁇ 32> The method for producing lithium difluorophosphate according to ⁇ 30> or ⁇ 31>, wherein the neutralization is neutralization of difluorophosphate by adding lithium hydride or lithium chloride.
- ⁇ 33> The method for producing lithium difluorophosphate according to any one of ⁇ 21> to ⁇ 32>, wherein at least one of the steps 1 to 4 is carried out under the protection of an inert gas.
- ⁇ 34> A method for producing a non-aqueous electrolytic solution using lithium difluorophosphate obtained by the method for producing lithium difluorophosphate according to any one of ⁇ 21> to ⁇ 33>.
- ⁇ 35> A method for producing a non-aqueous secondary battery using the non-aqueous electrolytic solution obtained by the method for producing a non-aqueous electrolytic solution according to ⁇ 34>.
- the difluorophosphate ester represented by the general formula (1A) is a non-aqueous organic mixture of a dihalophosphate ester represented by the following general formula (1) and a fluorinating agent having a hydrogen fluoride concentration of 15 mol% or less.
- X represents a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, or an iodine atom
- Y represents a chlorine atom, a bromine atom, or an iodine atom
- R is a hydrocarbon group having 1 to 15 carbon atoms, and any hydrogen atom of the hydrocarbon group may be substituted with a halogen atom.
- the non-aqueous organic solvent (a) is at least one selected from the group consisting of carbonic acid esters and chain esters.
- the carbonate esters are at least one selected from the group consisting of ethyl methyl carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl propyl carbonate, ethyl propyl carbonate, propylene carbonate, and butylene carbonate, and the chain esters are acetic acid.
- the method for producing lithium difluorophosphate according to ⁇ 37> which is at least one selected from the group consisting of methyl, ethyl acetate, propyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, and propyl propionate.
- the hydrogen fluoride salt of the organic amine is at least one selected from the group consisting of triethylamine hydrogen fluoride salt, tetramethylethylenediamine hydrogen fluoride difluoride salt, and pyridine hydrogen fluoride salt
- the inorganic fluoride product is The method for producing lithium difluorophosphate according to ⁇ 39>, which is at least one selected from the group consisting of ammonium fluoride, sodium fluoride, potassium fluoride, cesium fluoride, and zinc fluoride.
- the fluorinating agent is at least one selected from sodium fluoride, ammonium fluoride, triethylamine hydrogen fluoride salt, and tetramethylethylenediamine hydrogen fluoride salt, and the non-aqueous organic solvent (a) is 25.
- the method for producing lithium difluorophosphate according to ⁇ 36> which is at least one selected from esters having a relative permittivity of 8 or less at ° C., ethers having a relative permittivity of 8 or less at 25 ° C., and propylene carbonate.
- ⁇ 42> The method for producing lithium difluorophosphate according to any one of ⁇ 36> to ⁇ 41>, wherein no catalyst is used in the reaction in step 1.
- the fluorinating agent is at least one selected from sodium fluoride, ammonium fluoride, cesium fluoride, zinc fluoride, triethylamine hydrogen fluoride salt, and tetramethylethylenediamine hydrogen fluoride salt.
- the esters having a specific dielectric constant of 8 or less at 25 ° C.
- the method for producing lithium difluorophosphate according to ⁇ 43> which is at least one selected from isobutyl acetate, pentyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, propyl propionate, and dibutyl phthalate.
- ⁇ 45> The ether of lithium difluorophosphate according to ⁇ 43>, wherein the ether having a relative permittivity of 8 or less at 25 ° C. is at least one selected from 1,2-dimethoxyethane, tetrahydrofuran, diethyl ether, and diethylene glycol diethyl ether.
- ⁇ 46> A method for producing a non-aqueous electrolytic solution using lithium difluorophosphate obtained by the production method according to any one of ⁇ 36> to ⁇ 45>.
- ⁇ 47> A method for manufacturing a non-aqueous secondary battery using the non-aqueous electrolytic solution obtained by the manufacturing method according to ⁇ 46>.
- the present disclosure it is possible to provide a novel method for producing lithium difluorophosphate, a method for producing a non-aqueous electrolyte solution, and a method for producing a non-aqueous secondary battery, which use less raw materials for the reaction and are excellent in efficiency. Further, according to the present disclosure, a method for producing a difluorophosphate that can stably achieve a high fluorination selectivity and a yield, a method for producing lithium difluorophosphate derived from the difluorophosphate, and the difluorophosphate. A method for producing a non-aqueous electrolytic solution using lithium and a method for producing a non-aqueous secondary battery can be provided. Further, according to the present disclosure, it is possible to provide lithium difluorophosphate as an additive, which generates less heat when dissolved in a non-aqueous electrolytic solution.
- the present disclosure is a method for producing lithium difluorophosphate in which a difluorophosphate ester represented by the following general formula (1A) and a lithium salt compound are reacted in a non-aqueous organic solvent, and is used as a raw material in the reaction. It provides a method for producing lithium difluorophosphate without using water.
- R is a hydrocarbon group having 1 to 15 carbon atoms, and any hydrogen atom of the hydrocarbon group may be substituted with a halogen atom.
- the amount of raw material used in the reaction can be reduced as compared with the production method of Patent Document 7 in which water is an essential raw material, and the raw material is charged. Man-hours can be reduced and efficiency can be improved.
- "not using water as a raw material” means that water is not positively added as a raw material, but more specifically, the content of water in the system before the reaction is determined. It is 7,000 mass ppm or less with respect to the total amount of raw materials.
- the water content contained in the total amount of the raw material before the reaction is more preferably 1000 mass ppm or less, and more preferably 500 mass ppm or less. It is more preferable, and it is particularly preferable that it is 200 mass ppm or less.
- the difluorophosphate reacts rapidly with water and is hydrolyzed, water cannot be present in the difluorophosphate before the reaction. Therefore, assuming that the "moisture contained in the difluorophosphate before the reaction" is "0 mass ppm", the amount of water in the total amount of the pre-reaction raw material is calculated.
- the amount of water contained in the total amount of raw materials before the reaction is calculated by measuring the amount of water in the lithium salt compound and the non-aqueous organic solvent using a Karl Fischer titer and totaling them.
- the amount of water in the lithium salt compound is a value measured by connecting a water vaporizer to a Karl Fischer titer and setting the set temperature to 150 ° C.
- hydrogen fluoride is mixed by setting the water content in the total amount of the raw material before the reaction to 7,000 mass ppm or less, more preferably 1000 mass ppm or less, further preferably 500 mass ppm or less, and particularly preferably 200 mass ppm or less. Since it is possible to produce high-purity lithium difluorophosphate in a small amount, the purification (mainly recrystallization) process that is normally required is not required, and it is possible to efficiently produce high-quality lithium difluorophosphate at low cost. Become.
- ⁇ Difluorophosphate ester represented by the general formula (1A)> In the production method of the present disclosure, a difluorophosphate ester represented by the following general formula (1A) is used as a raw material.
- R is a hydrocarbon group having 1 to 15 carbon atoms, and any hydrogen atom of the hydrocarbon group may be substituted with a halogen atom.
- the hydrocarbon group having 1 to 15 carbon atoms represented by R may be linear, branched, or cyclic, and may have multiple bonds. Further, it may be an aliphatic hydrocarbon group or an aromatic hydrocarbon group. Specifically, an alkyl group having 1 to 15 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 15 carbon atoms, an alkynyl group having 2 to 15 carbon atoms, a cycloalkyl group having 3 to 15 carbon atoms, and an aryl group having 6 to 15 carbon atoms. , An aralkyl group having 7 to 15 carbon atoms, and the like, preferably an alkyl group having 1 to 15 carbon atoms or an aryl group having 6 to 15 carbon atoms.
- Alkyl groups having 1 to 15 carbon atoms include methyl group, ethyl group, n-propyl group, i-propyl group, n-butyl group, s-butyl group, t-butyl group, n-pentyl group and n-hexyl. Examples thereof include a group and an n-dodecyl group, and an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms is preferable, and a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, or an i-propyl group is preferable.
- the aryl group having 6 to 15 carbon atoms include a phenyl group, a naphthyl group, an anthryl group and the like, and a phenyl group is preferable.
- any hydrogen atom of the hydrocarbon group represented by R may be substituted with a halogen atom.
- the halogen atom include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom, and a fluorine atom is preferable.
- R is preferably an unsubstituted alkyl group having 1 to 15 carbon atoms or an unsubstituted aryl group having 6 to 15 carbon atoms, and is an unsubstituted alkyl group having 1 to 10 carbon atoms or an unsubstituted phenyl group. More preferably it is a group.
- the water content in the difluorophosphate represented by the general formula (1A) before the reaction is "0 mass ppm”.
- the method for synthesizing the difluorophosphate represented by the general formula (1A) is not particularly limited, and various known synthetic methods can be used.
- dihalophosphates such as dichlorophosphate and known fluorinating agents (eg, potassium fluoride, hydrogen fluoride, sodium hexafluoride silicate, sodium fluoride, ammonium fluoride, cesium fluoride, triethylamine tri). It can be obtained by reacting with hydrofluorate, pyridine hydrogen fluoride salt, etc.).
- the difluorophosphate ester represented by the general formula (1A) is preferably produced by the method for producing a difluorophosphate ester of the present disclosure described later. That is, in the method for producing lithium difluorophosphate of the present disclosure, the difluorophosphate ester represented by the above general formula (1A) is the dihalophosphate represented by the following general formula (1), and the concentration of hydrogen fluoride contained.
- a method for producing lithium difluorophosphate which is produced by a method for producing a difluorophosphate, which comprises a step 1 of reacting a fluorinating agent having a content of 15 mol% or less in a non-aqueous organic solvent (a). It is preferable to have. It is preferable to use the difluorophosphate ester represented by the above general formula (1A) produced by the method for producing the difluorophosphate ester of the present disclosure because it is comprehensively excellent in terms of yield and purity.
- X represents a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, or an iodine atom
- Y represents a chlorine atom, a bromine atom, or an iodine atom
- R is a hydrocarbon group having 1 to 15 carbon atoms, and any hydrogen atom of the hydrocarbon group may be substituted with a halogen atom.
- the lithium salt compound used in the production method of the present disclosure is not particularly limited, and for example, lithium chloride, lithium bromide, lithium fluoride, lithium carbonate, lithium acetate, lithium propionate, lithium iodide, lithium hydroxide, and bicarbonate. Examples thereof include at least one selected from the group consisting of lithium, lithium phosphate, lithium dihydrogen phosphate, dilithium hydrogen phosphate, lithium metaphosphate, and lithium sulfate.
- the lithium salt compound is preferably at least one selected from the group consisting of lithium chloride, lithium bromide, lithium fluoride, lithium carbonate, lithium acetate, and lithium propionate. Among them, at least one selected from the group consisting of lithium chloride, lithium acetate, lithium carbonate and lithium propionate is more preferable, and at least one selected from lithium chloride and lithium acetate is further preferable.
- the lithium salt compound is the solubility of lithium difluorophosphate in a compound (compound other than lithium difluorophosphate) produced by reaction between the lithium salt compound and the difluorophosphate ester represented by the general formula (1A). From the viewpoint of improving the yield and purity of lithium difluorophosphate, it is preferable that the content is low and that by-products (compounds other than lithium difluorophosphate) can be easily removed. Specifically, lithium chloride. Is preferable.
- the lithium salt compound may be used alone or in combination of two or more.
- the lithium salt compound has the highest risk of bringing water into the reaction system. .. Therefore, it is important to reduce the water content of the lithium salt compound before the reaction in order to reduce the water content in the total amount of the raw materials before the reaction to 7,000 mass ppm or less.
- the water content of the lithium salt compound before the reaction is preferably 3000 mass ppm or less, more preferably 2500 mass ppm or less, further preferably 2000 mass ppm or less, particularly preferably 1000 mass ppm or less, and most preferably 1000 mass ppm or less. It is 600 mass ppm or less.
- the water content of the lithium salt compound before the reaction can be reduced, for example, by drying the lithium salt compound having a high water content at a temperature of 100 to 200 ° C. under reduced pressure for a certain period of time.
- the non-aqueous organic solvent used in the production method of the present disclosure is not particularly limited, but since commercially available products having a low water content are easily available, carbonic acid esters and chain esters (chain carboxylic acid esters) , Ethers, and ketones, preferably at least one selected from the group.
- the carbonates include ethylmethyl carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methylpropyl carbonate, ethylpropyl carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate and the like, and ethylmethyl carbonate, dimethyl carbonate or diethyl carbonate are preferable.
- chain ester examples include ethyl acetate, methyl acetate, propyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, propyl propionate and the like, and ethyl acetate is preferable.
- ethers include dimethoxyethane, dimethoxymethane, tetrahydrofuran, diethyl ether and the like, and dimethoxyethane is preferable.
- ketones examples include acetone, ethyl methyl ketone, diethyl ketone and the like, and acetone is preferable.
- the non-aqueous organic solvent is preferably at least one selected from the group consisting of carbonic acid esters, chain esters, and ketones, and at least one selected from the group consisting of carbonic acid esters and chain esters. It is more preferably a seed, and from the viewpoint of improving the yield of the obtained lithium difluorophosphate, it is further preferable to use carbonic acid esters having low solubility of lithium difluorophosphate, and ethylmethyl carbonate, dimethyl carbonate, or diethyl carbonate. Is particularly preferable.
- the amount of water brought into the reaction system from the non-aqueous organic solvent is small from the viewpoint of suppressing the production of hydrogen fluoride and improving the purity of lithium difluorophosphate.
- the water content in the non-aqueous organic solvent before the reaction is preferably 0.5 mass% (5,000 mass ppm) or less, and is 0. .1 mass% (1000 mass ppm) or less is more preferable, 0.05 mass% (500 mass ppm) or less is further preferable, and 0.02 mass% (200 mass ppm) or less is preferable. Especially preferable.
- ⁇ Reaction conditions> In the reaction of reacting the difluorophosphate represented by the general formula (1A) with the lithium salt compound in a non-aqueous organic solvent, the difluorophosphate represented by the general formula (1A) and the lithium salt compound
- the charging ratio is preferably 1.0: 0.7 to 1.0: 1.5, and more preferably 1.0: 0.9 to 1.0: 1.2 in terms of molar ratio.
- the amount of the non-aqueous organic solvent used in the above reaction is such that the concentration of the difluorophosphate represented by the general formula (1A) in the non-aqueous organic solvent is 5% by mass to 25% by mass. It is preferable to do so.
- the temperature of the reaction solution in the above reaction is preferably ⁇ 10 to 120 ° C., more preferably 0 to 60 ° C.
- the reaction of the difluorophosphate represented by the general formula (1A) and the lithium salt compound in a non-aqueous organic solvent can be carried out under the protection of an inert gas. It is preferable from the viewpoint of suppressing the production of by-products by suppressing the increase in water content of the system.
- an inert gas means to specifically handle the raw materials, the solvent and the reaction vessel to be used in the atmosphere of the inert gas.
- the dew point of the inert gas is preferably ⁇ 40 ° C. or lower.
- nitrogen gas is preferably mentioned.
- the present disclosure describes a method for producing a non-aqueous electrolyte solution using lithium difluorophosphate obtained by the above-mentioned method for producing lithium difluorophosphate, and a method for producing a non-aqueous electrolyte solution using the non-aqueous electrolyte solution obtained by the above-mentioned production method. It is also related to the manufacturing method of secondary batteries.
- Lithium difluorophosphate is added as an additive to a non-aqueous electrolyte solution in order to improve the performance of a non-aqueous electrolyte battery such as a lithium ion secondary battery, but its solubility in a solvent in the non-aqueous electrolyte solution is high. Since it is low, the amount used is usually 0.5 to 1.5% by mass with respect to the non-aqueous electrolyte solution. Assuming that the amount added to the non-aqueous electrolytic solution is 1.0% by mass and the concentration of hydrogen fluoride mixed in lithium difluorophosphate is about 3000 mass ppm, the free acid of the non-aqueous electrolytic solution (mainly foot).
- Hydrofluoride concentration is increased by about 30 mass ppm. Since the standard for free acid (hydrogen fluoride) concentration in a general non-aqueous electrolyte solution is around 40 mass ppm, if it increases by about 30 mass ppm due to lithium difluorophosphate, it is derived from other raw materials. The permissible value of hydrogen fluoride contained is greatly limited, which may greatly hinder the stable production of the non-aqueous electrolyte solution. Therefore, it is preferable that the concentration of hydrogen fluoride mixed in lithium difluorophosphate is low, and from the viewpoint of reducing the hydrogen fluoride concentration, it is preferable that the water content in the total amount of the pre-reaction raw material is small.
- the method for producing a non-aqueous electrolyte solution of the present disclosure is the present disclosure using the difluorophosphate ester represented by the above general formula (1A) produced by the method for producing a difluorophosphate ester of the present disclosure described later as a raw material. It is preferable that lithium difluorophosphate obtained by the method for producing lithium difluorophosphate is used. It is preferable to obtain a non-aqueous electrolytic solution by this method because it is excellent in production efficiency. Further, the method for producing the non-aqueous secondary battery of the present disclosure preferably uses the non-aqueous electrolytic solution obtained by the above-mentioned method for producing the non-aqueous electrolytic solution. It is preferable to obtain a non-aqueous secondary battery by this method because it is excellent in production efficiency.
- lithium difluorophosphate As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have found that d10 is large (that is, the particle size of the primary particles is large) and d90 is small (that is, the particle size of the secondary particles is large). It was found that (small) lithium difluorophosphate generates less heat when dissolved in a non-aqueous electrolytic solution as an additive.
- the lithium difluorophosphate of the present disclosure has a relationship represented by d90 having a volume cumulative distribution of 90%, d10 having a volume cumulative distribution of 10%, and MV having a volume average particle size.
- Lithium difluorophosphate having a value of the formula (d90-d10) / MV of 10 or less.
- Lithium difluorophosphate is presumed to be a powder composed of primary particles and spherical secondary particles in which the primary particles are aggregated at room temperature and under normal pressure.
- the relative particle amount in terms of volume shows two particle size peaks in the particle size distribution measurement.
- the d10 of lithium difluorophosphate of the present disclosure is preferably 1.3 ⁇ m or more, and more preferably 1.7 ⁇ m or more.
- the d90 of lithium difluorophosphate of the present disclosure is preferably 170 ⁇ m or less, and more preferably 140 ⁇ m or less.
- (Expansion of particle size distribution) "(D90-d10) / MV” is an index showing the spread of the particle size distribution of lithium difluorophosphate.
- the lithium difluorophosphate of the present disclosure has a value of (d90-d10) / MV of 10 or less, preferably 6.5 or less, and more preferably 5.8 or less.
- the value of (d90-d10) / MV of lithium difluorophosphate By setting the value of (d90-d10) / MV of lithium difluorophosphate to 10 or less, the difference in particle size between the secondary particles and the primary particles of lithium difluorophosphate is reduced, that is, the degree of aggregation of the primary particles is reduced.
- By making it smaller it is possible to suppress heat generation when it is dissolved in a non-aqueous electrolytic solution as an additive.
- the value of (d90-d10) / MV exceeds 10, the heat generation when dissolved in the non-aqueous electrolytic solution as an additive becomes
- d10 and d90 are particle sizes in which the volume cumulative distribution is 10% and 90%, respectively, and MV is the volume average particle size.
- the lower limit of (d90-d10) / MV is usually about 1.
- d90, d10 and MV can be measured by a laser diffraction scattering method using a laser diffraction type particle size distribution meter.
- the concentration of hydrogen fluoride mixed in the lithium difluorophosphate of the present disclosure is preferably 4000 mass ppm or less, and more preferably 2500 mass ppm or less.
- the hydrogen fluoride concentration of lithium difluorophosphate By setting the hydrogen fluoride concentration of lithium difluorophosphate to 4000 mass ppm or less, the hydrogen fluoride concentration of the non-aqueous electrolytic solution prepared by adding the hydrogen fluoride concentration can be lowered. It is known that it is not preferable that a large amount of acid is present in the electrolytic solution of a battery (for example, Japanese Patent No. 5679719, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-307772, etc.).
- the monofluorophosphate diester and the difluorophosphate represented by the general formula (2) are difficult to separate, so that the amount of by-product of the monofluorophosphate diester is increased, which is obtained. It was found that when the ratio of the monofluorophosphate diester in the fluorinated product exceeds 5 mol%, the recovery rate of the difluorophosphate in the distillation purification is lowered.
- the method for producing a difluorophosphate of the present disclosure suppresses the formation of a by-produced monofluorophosphate diester by adjusting the concentration of hydrogen fluoride contained in the fluorinating agent used to 15 mol% or less, and has a general formula ( It has been realized that the difluorophosphate represented by 2) can be stably obtained with a high selectivity and yield.
- the present disclosure includes a step 1 in which a dihalophosphate ester represented by the following general formula (1) and a fluorinating agent having a hydrogen fluoride concentration of 15 mol% or less are reacted in a non-aqueous organic solvent (a). , Provide a method for producing a difluorophosphate ester represented by the following general formula (2).
- X represents a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, or an iodine atom
- Y represents a chlorine atom, a bromine atom, or an iodine atom
- R is a hydrocarbon group having 1 to 15 carbon atoms, and any hydrogen atom of the hydrocarbon group may be substituted with a halogen atom.
- X represents a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, or an iodine atom
- Y represents a chlorine atom, a bromine atom, or an iodine atom.
- X and Y are preferably chlorine atoms.
- R is a hydrocarbon group having 1 to 15 carbon atoms, and any hydrogen atom of the hydrocarbon group may be substituted with a halogen atom.
- R in the general formulas (1) and (2) represents the same group.
- the hydrocarbon group having 1 to 15 carbon atoms represented by R may be linear, branched, or cyclic, and may have multiple bonds. Further, it may be an aliphatic hydrocarbon group or an aromatic hydrocarbon group. Specifically, the hydrocarbon group having 1 to 15 carbon atoms represented by R is an alkyl group having 1 to 15 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 15 carbon atoms, an alkynyl group having 2 to 15 carbon atoms, and 3 to 15 carbon atoms.
- Examples thereof include a cycloalkyl group of 15 and an aryl group having 6 to 15 carbon atoms and an aralkyl group having 7 to 15 carbon atoms, and an alkyl group having 1 to 15 carbon atoms or an aryl group having 6 to 15 carbon atoms is preferable. ..
- the alkyl groups having 1 to 15 carbon atoms include methyl group, ethyl group, n-propyl group, i-propyl group, n-butyl group, s-butyl group, t-butyl group, n-pentyl group and n-. Examples thereof include a hexyl group and an n-dodecyl group, and an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms is preferable, and a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, or an i-propyl group is preferable.
- the aryl group having 6 to 15 carbon atoms include a phenyl group, a naphthyl group, an anthryl group and the like, and a phenyl group is preferable.
- any hydrogen atom of the hydrocarbon group represented by R may be substituted with a halogen atom.
- the halogen atom include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom, and a fluorine atom is preferable.
- R is preferably an unsubstituted alkyl group having 1 to 15 carbon atoms or an unsubstituted aryl group having 6 to 15 carbon atoms, and is an unsubstituted alkyl group having 1 to 10 carbon atoms or an unsubstituted phenyl group. More preferably it is a group.
- the method for synthesizing the dihalophosphate ester represented by the general formula (1) is not particularly limited.
- a method for synthesizing a dichlorophosphate may be given.
- phosphorus oxychloride is dissolved in a non-aqueous organic solvent, and the liquid temperature is kept at 5 ° C. or lower, and the corresponding molars of alcohol and triethylamine are equimolar. It is obtained by dropping the mixed solution, removing triethylamine hydrochloride by filtration, and further performing vacuum distillation.
- the non-aqueous organic solvent is a high boiling point solvent such as propylene carbonate (hereinafter sometimes referred to as "PC") or diethylene glycol diethyl ether (hereinafter sometimes referred to as "DGDE”)
- PC propylene carbonate
- DGDE diethylene glycol diethyl ether
- the type of the non-aqueous organic solvent (a) used in step 1 described later is not particularly limited.
- the non-aqueous organic solvent is a solvent having a lower boiling point than those (for example, ethyl methyl carbonate (hereinafter sometimes referred to as "EMC”) or the like), the dichlorophosphate and non-aqueous solvent are obtained by the vacuum distillation.
- EMC ethyl methyl carbonate
- step 1 described later it is preferable to proceed to step 1 described later without completely separating the non-aqueous organic solvent.
- the type of non-aqueous organic solvent (a) used in step 1 described later is used for the synthesis of dichloromethane. It is preferable that the solvent composition is the same as that of the non-aqueous organic solvent, because the solvent composition can be easily controlled.
- a fluorinating agent having a hydrogen fluoride concentration of 15 mol% or less is used as the fluorinating agent.
- the fluorinating agent having a hydrogen fluoride concentration of 15 mol% or less means a fluorinating agent having a hydrogen fluoride content of 15 mol% or less based on the total amount of the fluorinated agent.
- the hydrogen fluoride constituting the fluorinating agent which is an equimolar neutralizing salt of a base and hydrogen fluoride, such as triethylamine hydrogen fluoride salt, is hydrogen fluoride when calculating the concentration of hydrogen fluoride contained. Is not included in.
- the fluorinating agent is not particularly limited, and examples thereof include at least one selected from hydrogen fluoride salts of organic amines and inorganic fluorinated compounds. Since the concentration of hydrogen fluoride contained can be easily set to 15 mol% or less, the hydrogen fluoride salt of an organic amine consists of a group consisting of triethylamine hydrogen fluoride salt, tetramethylethylenediamine hydrogen fluoride difluoride salt, and pyridine hydrogen fluoride hydrogen fluoride salt. At least one selected is preferable, and the inorganic fluoride is preferably at least one selected from the group consisting of ammonium fluoride, sodium fluoride, potassium fluoride, cesium fluoride, and zinc fluoride.
- the hydrogen fluoride concentration in the fluorinating agent used in step 1 is 15 mol% or less, the production of by-products such as monofluorophosphate diester is suppressed, and the difluorophosphate ester represented by the general formula (2) is selected. From the viewpoint of further improving the rate and yield, it is preferably 10 mol% or less, more preferably 5 mol% or less, still more preferably 1 mol% or less.
- the concentration of hydrogen fluoride contained in the fluorinating agent is determined by using a glass burette and bromo using triethylamine as a titrating base for the fluorinating agent dissolved or dispersed in a non-aqueous organic solvent. It is a value measured by non-aqueous neutralization titration using phenol blue as an indicator.
- the non-aqueous organic solvent used is preferably acetone.
- the above-mentioned fluorinating agent may be a commercially available product or may be synthesized.
- the method for synthesizing the fluorinating agent is not particularly limited, but for example, when hydrogen fluoride and the corresponding basic compound (for example, when the fluorinating agent is triethylamine hydrogen monofluoride salt) in a reaction solvent , Triethylamine).
- the reaction solvent is not particularly limited, but when it is difficult to completely separate the reaction solvent and the fluorinating agent by filtration or the like, or when a large amount of time is required, the non-aqueous organic solvent described later used as the reaction solvent in step 1 is used. It is preferable to use the same type as (a) in that the solvent composition can be easily controlled.
- Non-aqueous organic solvent (a) The reaction in step 1 is carried out in the non-aqueous organic solvent (a).
- the water content in the non-aqueous organic solvent (a) should be as small as possible because it causes the generation of hydrogen fluoride, and the water content in the non-aqueous organic solvent (a) before the reaction is 0.05% by mass or less. Is preferable.
- non-aqueous organic solvent (a) examples include esters such as carbonate esters and chain esters (chain carboxylic acid esters), ketones, ethers, nitriles such as acetonitrile, and carbonate esters. , At least one selected from the group consisting of chain esters and ketones is preferable because the difluorophosphate ester can be easily obtained with a high selectivity.
- the non-aqueous organic solvent (a) is preferably at least one selected from the group consisting of carbonic acid esters and chain esters.
- the carbonic acid esters are preferably at least one selected from the group consisting of ethylmethyl carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methylpropyl carbonate, ethylpropyl carbonate, propylene carbonate, and butylene carbonate.
- the chain esters are at least one selected from the group consisting of methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, and propyl propionate.
- the fluorinating agent is at least one selected from sodium fluoride, ammonium fluoride, triethylamine hydrogen fluoride salt, and tetramethylethylenediamine hydrogen fluoride salt.
- the non-aqueous organic solvent (a) is preferably at least one selected from esters having a relative permittivity of 8 or less at 25 ° C., ethers having a relative permittivity of 8 or less at 25 ° C., and propylene carbonate. ..
- the combination of the fluorinating agent and the non-aqueous organic solvent (a) as described above can reduce the amount of the fluorinating agent used and reduce the amount of waste due to the excessive use of the fluorinating agent. preferable.
- esters having a relative dielectric constant of 8 or less at 25 ° C. are ethyl methyl carbonate (EMC), dimethyl carbonate (hereinafter sometimes referred to as "DMC"), diethyl carbonate, methylpropyl carbonate, ethyl carbonate.
- EMC ethyl methyl carbonate
- DMC dimethyl carbonate
- diethyl carbonate diethyl carbonate
- methylpropyl carbonate ethyl carbonate
- ethyl carbonate At least one selected from propyl, ethyl formate, propyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, butyl acetate, isobutyl acetate, pentyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, propyl propionate, and dibutyl phthalate. Be done.
- ethers having a relative permittivity of 8 or less at 25 ° C. include at least one selected from 1,2-dimethoxyethane, tetrahydrofuran, diethyl ether, and diethylene glycol diethyl ether (DGDE).
- DGDE diethylene glycol diethyl ether
- step 1 the equivalent amount of the fluorinating agent having a hydrogen fluoride concentration of 15 mol% or less with respect to the dihalophosphate ester represented by the general formula (1) is determined by the dihalophosphate ester represented by the general formula (1).
- the dihalophosphate ester represented by the general formula (1) contains a fluorine atom (X in the general formula (1) is a fluorine atom. (When) is preferably 1.0 to 1.5.
- the concentration of the dihalophosphate represented by the general formula (1) in the non-aqueous organic solvent (a) is 0.01 g / mL or more. It is preferable to use it so as to be 0.4 g / mL.
- reaction solution temperature at this time is preferably ⁇ 30 to 100 ° C., more preferably ⁇ 10 to 50 ° C.
- the above step 1 is preferably performed under the protection of an inert gas from the viewpoint of suppressing the production of by-products by suppressing the increase in water content of the reaction system.
- an inert gas to carry out the above reaction under the protection of the inert gas means to specifically handle the raw materials, the solvent and the reaction vessel to be used in the atmosphere of the inert gas.
- the dew point of the inert gas is preferably ⁇ 40 ° C. or lower.
- nitrogen gas is preferably mentioned.
- the fluorinating agent is at least one selected from sodium fluoride, ammonium fluoride, cesium fluoride, zinc fluoride, triethylamine hydrogen fluoride salt, and tetramethylethylenediamine hydrogen fluoride salt. It is also preferable that the non-aqueous organic solvent (a) is at least one selected from an ester having a relative permittivity of 8 or less at 25 ° C. and an ether having a relative permittivity of 8 or less at 25 ° C. The ester having a specific dielectric constant of 8 or less at 25 ° C.
- the ether having a relative permittivity of 8 or less at 25 ° C. is preferably at least one selected from 1,2-dimethoxyethane, tetrahydrofuran, diethyl ether, and diethylene glycol diethyl ether.
- the present disclosure is a method for producing lithium difluorophosphate, which comprises the steps 2 to 4 below, using the difluorophosphate ester represented by the general formula (2) produced in the above step 1 as a raw material. Is to provide. Steps 2 to 4 will be described in detail below.
- Step 2 is a step of reacting the difluorophosphate ester represented by the general formula (2), the lithium salt compound (b), and water produced in the above step 1 in a non-aqueous organic solvent (b). is there.
- the non-aqueous organic solvent (b) in the above step 2 includes esters, n-hexane, cyclohexane, n-heptane, isoheptane, benzene, toluene, xylene, acetonitrile, dimethyl ether, diethyl ether, ethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol diethyl ether, and the like. At least one selected from the group consisting of propylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, anisole, phenetol, and tetrahydrofuran is preferable.
- esters examples include cyclic carbonate esters, chain carbonate esters, chain esters (chain carboxylic acid esters), cyclic esters (cyclic carboxylic acid esters) and the like.
- the cyclic carbonate is preferably at least one selected from the group consisting of propylene carbonate and butylene carbonate.
- the chain carbonate ester is preferably at least one selected from the group consisting of ethyl methyl carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl propyl carbonate, and ethyl propyl carbonate.
- the chain esters are preferably at least one selected from the group consisting of methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, and propyl propionate.
- the cyclic ester is preferably at least one selected from the group consisting of ⁇ -butyrolactone and ⁇ -valerolactone.
- the lithium salt compound (b) in step 2 is lithium chloride, lithium bromide, lithium fluoride, lithium iodide, lithium hydroxide, lithium carbonate, lithium bicarbonate, lithium phosphate, lithium dihydrogen phosphate, and phosphoric acid. At least one selected from the group consisting of dilithium hydrogen hydrogen, lithium metaphosphate, lithium acetate, and lithium sulfate is preferable.
- the molar ratio of the difluorophosphate represented by the general formula (2), the lithium salt compound (b), and water in the above step 2 is preferably 1: 2: 2 to 1: 1: 0.01.
- the concentration of the difluorophosphate represented by the general formula (2) in the non-aqueous organic solvent (b) is 0.01 g / mL. It is preferable to use it so as to be ⁇ 0.4 g / mL.
- step 2 the total amount of the difluorophosphate, the lithium salt compound (b), water, and the non-aqueous organic solvent (b) represented by the general formula (2) before the reaction was referred to as "the pre-reaction raw material in step 2. It may be described as “total amount”.
- the temperature of the reaction solution in step 2 is preferably ⁇ 10 to 120 ° C.
- Step 2 is preferably performed under the protection of an inert gas from the viewpoint of suppressing oxidation of the non-aqueous organic solvent (b) by oxygen.
- an inert gas nitrogen gas is preferably mentioned.
- Step 3 is a step of reacting the difluorophosphate represented by the general formula (2) produced in the above step 1 with the lithium salt compound (c) in a non-aqueous organic solvent (c). ..
- the total amount of the difluorophosphate, the lithium salt compound (c), and the non-aqueous organic solvent (c) represented by the general formula (2) before the reaction in step 3 (hereinafter, this total amount is referred to as "before the reaction in step 3". It is preferable that the water content contained in (may be described as "total amount of raw materials") is 200 mass ppm or less.
- total amount of raw materials is 200 mass ppm or less.
- the water content in the total amount of the pre-reaction raw material in the step 3 is calculated.
- the amount of water contained in the total amount of the raw material before the reaction in step 3 is calculated by measuring the amount of water in the lithium salt compound and the non-aqueous organic solvent (c) using a Karl Fischer titer and totaling them.
- the amount of water in the lithium salt compound is a value measured by connecting a water vaporizer to a Karl Fischer titer and setting the set temperature to 150 ° C.
- the total amount of difluorophosphate, lithium salt compound (c), and non-aqueous organic solvent (c) represented by the general formula (2) contains 145% by mass or less of water. If there is, it is preferable because the amount of hydrogen fluoride mixed in lithium difluorophosphate can be reduced.
- the lithium salt compound (c) in the above step 3 is preferably at least one selected from the group consisting of lithium chloride, lithium bromide, lithium fluoride, lithium carbonate, lithium acetate, and lithium propionate.
- the highest risk of bringing water into the reaction system is the highest. It is a lithium salt compound (c) having very high hygroscopicity. Therefore, it is important to reduce the water content of the lithium salt compound before the reaction in order to reduce the water content in the total amount of the raw materials before the reaction in step 3 to 200 mass ppm or less.
- the water content of the lithium salt compound before the reaction is preferably 3000 mass ppm or less, more preferably 2500 mass ppm or less, and further preferably 1000 mass ppm or less.
- the amount of water in the non-aqueous organic solvent (c) in the above step 3 should be as small as possible because it causes the generation of hydrogen fluoride, and the water content in the non-aqueous organic solvent (c) before the reaction is 0.05 mass by mass. % (500 mass ppm) or less is preferable.
- the non-aqueous organic solvent (c) in the above step 3 is preferably at least one selected from the group consisting of esters, ethers, and ketones because a commercially available product having a low water content is easily available. ..
- the non-aqueous organic solvent (c) in the above step 3 preferably contains esters.
- the above esters may be one kind or two or more kinds.
- the esters include cyclic carbonate esters, chain carbonate esters, chain esters, cyclic esters and the like.
- the cyclic carbonate is preferably at least one selected from the group consisting of propylene carbonate and butylene carbonate.
- the chain carbonate ester is preferably at least one selected from the group consisting of ethyl methyl carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl propyl carbonate, and ethyl propyl carbonate.
- the chain esters are preferably at least one selected from the group consisting of methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, and propyl propionate.
- the cyclic ester is preferably at least one selected from the group consisting of ⁇ -butyrolactone and ⁇ -valerolactone.
- the equivalent of the lithium salt compound (c) to the difluorophosphate ester represented by the general formula (2) is preferably 0.7 to 1.5.
- the concentration of the difluorophosphate represented by the general formula (2) in the non-aqueous organic solvent is 0.01 g / mL to 0.4 g / g /. It is preferable to use it so as to be mL.
- the reaction solution temperature is preferably ⁇ 10 to 120 ° C.
- Step 3 is preferably performed under the protection of the inert gas, as in step 1.
- step 4 the difluorophosphate ester represented by the general formula (2) produced in step 1 described above is chlorinated with a chlorinating agent to convert it into phosphoric acid difluoromonochloride, and then hydrolyzed. This is a step of synthesizing difluorophosphoric acid by decomposition and further neutralizing it.
- the chlorinating agent in the above step 4 is preferably phosphorus oxychloride.
- the neutralization in step 4 is preferably the neutralization of difluorophosphoric acid by adding lithium hydride or lithium chloride.
- the chlorination reaction, hydrolysis reaction, and neutralization reaction are preferably carried out in a non-aqueous organic solvent (d).
- the non-aqueous organic solvent (d) preferably contains esters.
- the above esters may be one kind or two or more kinds. Examples of the above esters include cyclic carbonate esters, chain carbonate esters, chain esters (chain carboxylic acid esters), cyclic esters (cyclic carboxylic acid esters) and the like.
- the cyclic carbonate is preferably at least one selected from the group consisting of propylene carbonate and butylene carbonate.
- the chain carbonate ester is preferably at least one selected from the group consisting of ethyl methyl carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl propyl carbonate, and ethyl propyl carbonate.
- the chain esters are preferably at least one selected from the group consisting of methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, and propyl propionate.
- the cyclic ester is preferably at least one selected from the group consisting of ⁇ -butyrolactone and ⁇ -valerolactone.
- the concentration of the difluorophosphate represented by the general formula (2) in the non-aqueous organic solvent is 0.01 g / mL to 0. It is preferable to use it so as to be 4 g / mL.
- the reaction solution temperature is preferably ⁇ 10 to 60 ° C.
- Step 4 is preferably performed under the protection of the inert gas, as in step 1.
- lithium difluorophosphate can be carried out by various methods as shown in steps 2 to 4 above.
- Lithium difluorophosphate is obtained in high yield and high purity, and is an acid mixed with lithium difluorophosphate. Since the concentration is low, the production method including the above-mentioned step 3 is preferable.
- the present disclosure describes a method for producing a non-aqueous electrolyte solution using lithium difluorophosphate obtained by the above-mentioned production method of the present disclosure, and a method for producing a non-aqueous electrolyte solution battery using the non-aqueous electrolyte solution obtained by the above-mentioned production method. Also regarding the method.
- the raw materials and solvents were handled in a nitrogen atmosphere with a dew point of ⁇ 50 ° C. or lower. Further, the fluororesin reactor and the glass reactor to be used were dried at 150 ° C. for 12 hours or more and then cooled to room temperature under a nitrogen stream having a dew point of ⁇ 50 ° C. or lower.
- the water content in the non-aqueous organic solvent was measured using a Karl Fischer Moisture Analyzer (coulometric titration type MKC-610) manufactured by Kyoto Denshi Kogyo Co., Ltd.
- the water content in the lithium salt compound was measured at a set temperature of 150 ° C. by connecting a water vaporizer (ADP-611) manufactured by Kyoto Electronics Co., Ltd. to the Karl Fischer titer.
- the purity of lithium difluorophosphate obtained in the reaction was determined by 19 F-NMR measurement.
- the concentration of hydrogen fluoride mixed in lithium difluorophosphate was determined by non-aqueous neutralization titration using triethylamine as a base.
- Example 1 Put 100 mL of EMC (containing 110 mass ppm of water) and 4.2 g (100 mmol) of undried anhydrous lithium chloride (containing 4850 mass ppm) in a 500 mL glass reactor and stir at an internal temperature of 40 ° C. I started it. To this, 13.0 g (100 mmol) of ethyl difluorophosphate obtained in the procedure of Synthesis Example 1 was added over 1 hour. The water content in the total amount of the raw material before the reaction was 270 mass ppm. With the addition of ethyl difluorophosphate, foaming due to the generation of chloroethane was observed. Then, stirring was continued for 12 hours at an internal temperature of 40 ° C.
- lithium difluorophosphate having a yield of 98% and a purity of 97% was obtained.
- the main impurities difluorophosphate lithium monofluorophosphate lithium phosphate generated is decomposed with water (Li 2 PO 3 F) and, monofluorophosphate ethanol difluoromethyl lithium phosphate and byproducts generated by the reaction It was ethyllithium (LiPO 2 F (OCH 2 CH 3 )).
- the concentration of hydrogen fluoride mixed in lithium difluorophosphate was measured by neutralization titration in non-water and found to be 2030 mass ppm.
- Example 2 The reaction was carried out in the same procedure as in Example 1 except that the lithium chloride used was changed to one having a water content of 2150 mass ppm (the above-mentioned lithium chloride having a water content of 4850 mass ppm was dried under reduced pressure at 150 ° C. for 2 hours). (The water content in the total amount of the raw materials before the reaction was 170 mass ppm). As a result, lithium difluorophosphate having a yield of 98% and a purity of> 99% was obtained after filtration and drying under reduced pressure. The concentration of hydrogen fluoride mixed in lithium difluorophosphate was 910 mass ppm.
- Example 3 The reaction was carried out in the same procedure as in Example 1 except that the lithium chloride used was changed to one having a water content of 1200 mass ppm (the above-mentioned lithium chloride having a water content of 4850 mass ppm was dried under reduced pressure at 150 ° C. for 3 hours). (The water content in the total amount of the raw materials before the reaction was 140 mass ppm). As a result, lithium difluorophosphate having a yield of 98% and a purity of> 99% was obtained after filtration and drying under reduced pressure. The concentration of hydrogen fluoride mixed in lithium difluorophosphate was 420 mass ppm.
- Example 4 The reaction was carried out in the same procedure as in Example 1 except that the lithium chloride used was changed to one having a water content of 510 mass ppm (the above-mentioned lithium chloride having a water content of 4850 mass ppm was dried under reduced pressure at 150 ° C. for 6 hours). (The water content in the total amount of the raw materials before the reaction was 110 mass ppm). As a result, lithium difluorophosphate having a yield of 98% and a purity of> 99% was obtained after filtration and drying under reduced pressure. The concentration of hydrogen fluoride mixed in lithium difluorophosphate was 230 mass ppm.
- Example 5 The reaction was carried out in the same procedure as in Example 4 except that the ethyl difluorophosphate used was changed to that obtained in the procedure of Synthesis Example 2 (the water content in the total amount of the raw material before the reaction was 110 mass ppm. As a result, after filtration and drying under reduced pressure, lithium difluorophosphate having a yield of 98% and a purity of> 99% was obtained. The concentration of hydrogen fluoride mixed in lithium difluorophosphate was 210 mass ppm.
- Example 6 The reaction was carried out in the same procedure as in Example 4 except that the ethyl difluorophosphate used was changed to that obtained in the procedure of Synthesis Example 3 (the water content in the total amount of the raw material before the reaction was 110 mass ppm. As a result, after filtration and drying under reduced pressure, lithium difluorophosphate having a yield of 98% and a purity of> 99% was obtained. The concentration of hydrogen fluoride mixed in lithium difluorophosphate was 250 mass ppm.
- Example 7 The reaction was carried out in the same procedure as in Example 4 except that the solvent used was changed from EMC to dimethyl carbonate (hereinafter, DMC) having a water content of 120 mass ppm (the water content in the total amount of raw materials before the reaction was 120 mass ppm).
- DMC dimethyl carbonate
- the concentration of hydrogen fluoride mixed in lithium difluorophosphate was 230 mass ppm.
- Example 8 100 mL of ethyl acetate (containing 95 mass ppm) and 4.2 g (100 mmol) lithium chloride (containing 510 mass ppm) were placed in a 500 mL glass reactor, and stirring was started at an internal temperature of 40 ° C. .. To this, 13.0 g (100 mmol) of ethyl difluorophosphate obtained in the procedure of Synthesis Example 1 was added over 1 hour. The water content in the total amount of the raw material before the reaction was 100 mass ppm. With the addition of ethyl difluorophosphate, foaming due to the generation of chloroethane was observed. Then, stirring was continued for 12 hours at an internal temperature of 40 ° C.
- Example 9 The reaction was carried out in the same procedure as in Example 8 except that the solvent used was changed from ethyl acetate to acetone having a water content of 130 mass ppm (the water content in the total amount of the raw materials before the reaction was 130 mass ppm). As a result, after filtration and drying under reduced pressure, lithium difluorophosphate having a yield of 96% and a purity of> 99% was obtained. The concentration of hydrogen fluoride mixed in lithium difluorophosphate was 180 mass ppm.
- Example 10 The reaction was carried out in the same procedure as in Example 8 except that the solvent used was changed from ethyl acetate to dimethoxyethane (hereinafter referred to as DME) having a water content of 90 mass ppm (the water content in the total amount of the raw materials before the reaction was 100 mass ppm).
- DME dimethoxyethane
- the concentration of hydrogen fluoride mixed in lithium difluorophosphate was 420 mass ppm.
- Example 11 100 mL of EMC (containing 110 mass ppm of water) and 6.6 g (100 mmol) of lithium acetate (containing 3800 mass ppm of water) were placed in a 500 mL glass reactor, and stirring was started at an internal temperature of 40 ° C. To this, 13.0 g (100 mmol) of ethyl difluorophosphate obtained in the procedure of Synthesis Example 1 was added over 1 hour. The water content in the total amount of the raw material before the reaction was 300 mass ppm. Then, stirring was continued for 12 hours at an internal temperature of 40 ° C.
- lithium difluorophosphate having a yield of 95% and a purity of 97% was obtained.
- the main impurities were lithium monofluorophosphate, which is a hydrolyzate, and ethyl lithium monofluorophosphate, which was produced by the reaction of lithium difluorophosphate and ethanol, which is a by-product.
- the concentration of hydrogen fluoride mixed in lithium difluorophosphate was measured by neutralization titration with non-water and found to be 2570 mass ppm.
- Example 12 The reaction was carried out in the same procedure as in Example 11 except that the lithium acetate used was changed to one having a water content of 1960 mass ppm (the above-mentioned lithium acetate having a water content of 3800 mass ppm was dried under reduced pressure at 150 ° C. for 2 hours). (The water content in the total amount of the raw materials before the reaction was 200 mass ppm). As a result, lithium difluorophosphate having a yield of 96% and a purity of> 99% was obtained after filtration and drying under reduced pressure. The concentration of hydrogen fluoride mixed in lithium difluorophosphate was 970 mass ppm.
- Example 13 The reaction was carried out in the same procedure as in Example 11 except that the lithium acetate used was changed to one having a water content of 950 mass ppm (the above-mentioned lithium acetate having a water content of 3800 mass ppm was dried under reduced pressure at 150 ° C. for 3 hours). (The water content in the total amount of the raw materials before the reaction was 140 mass ppm). As a result, lithium difluorophosphate having a yield of 96% and a purity of> 99% was obtained after filtration and drying under reduced pressure. The concentration of hydrogen fluoride mixed in lithium difluorophosphate was 530 mass ppm.
- Example 14 The reaction was carried out in the same procedure as in Example 11 except that the lithium acetate used was changed to one having a water content of 450 mass ppm (the above-mentioned lithium acetate having a water content of 3800 mass ppm was dried under reduced pressure at 150 ° C. for 6 hours). (The water content in the total amount of the raw materials before the reaction was 120 mass ppm). As a result, lithium difluorophosphate having a yield of 95% and a purity of> 99% was obtained after filtration and drying under reduced pressure. The concentration of hydrogen fluoride mixed in lithium difluorophosphate was 280 mass ppm.
- Example 15 100 mL of EMC (containing 110 mass ppm of water) and 4.2 g (100 mmol) of lithium chloride (containing 510 mass ppm) were placed in a 500 mL glass reactor, and stirring was started at an internal temperature of 40 ° C. To this, 11.6 g (100 mmol) of methyl difluorophosphate obtained in the procedure of Synthesis Example 4 was added over 1 hour. The water content in the total amount of the raw material before the reaction was 110 mass ppm. With the addition of methyl difluorophosphate, foaming due to the generation of chloromethane was observed. Then, stirring was continued for 12 hours at an internal temperature of 40 ° C.
- lithium difluorophosphate having a yield of 98% and a purity of> 99% was obtained.
- concentration of hydrogen fluoride mixed in lithium difluorophosphate was measured by neutralization titration with non-water and found to be 250 mass ppm.
- Example 16 100 mL of EMC (containing 110 mass ppm of water) and 4.2 g (100 mmol) of lithium chloride (containing 510 mass ppm) were placed in a 500 mL glass reactor, and stirring was started at an internal temperature of 40 ° C. To this, 14.4 g (100 mmol) of n-propyl difluorophosphate obtained in the procedure of Synthesis Example 5 was added over 1 hour. The water content in the total amount of the raw material before the reaction was 110 mass ppm. Then, stirring was continued for 12 hours at an internal temperature of 40 ° C.
- lithium difluorophosphate having a yield of 98% and a purity of> 99% was obtained.
- concentration of hydrogen fluoride mixed in lithium difluorophosphate was measured by neutralization titration with non-water and found to be 210 mass ppm.
- Example 17 100 mL of EMC (containing 110 mass ppm of water) and 4.2 g (100 mmol) of lithium chloride (containing 510 mass ppm) were placed in a 500 mL glass reactor, and stirring was started at an internal temperature of 40 ° C. To this, 17.8 g (100 mmol) of phenyl difluorophosphate obtained in the procedure of Synthesis Example 6 was added over 1 hour. The water content in the total amount of the raw material before the reaction was 110 mass ppm. Then, stirring was continued at an internal temperature of 40 ° C. for 48 hours.
- lithium difluorophosphate having a yield of 97% and a purity of 98% was obtained.
- concentration of hydrogen fluoride mixed in lithium difluorophosphate was measured by neutralization titration in non-water and found to be 300 mass ppm.
- Example 18 100 mL of acetonitrile (containing 280 mass ppm of water) and 4.2 g (100 mmol) of lithium chloride (containing 510 mass ppm) were placed in a 500 mL glass reactor, and stirring was started at an internal temperature of 40 ° C. To this, 13.0 g (100 mmol) of ethyl difluorophosphate obtained in the procedure of Synthesis Example 1 was added over 1 hour. The water content in the total amount of the raw material before the reaction was 250 mass ppm. With the addition of ethyl difluorophosphate, foaming due to the generation of chloroethane was observed. Then, stirring was continued for 12 hours at an internal temperature of 40 ° C.
- lithium difluorophosphate having a yield of 96% and a purity of 83% was obtained.
- the main impurities were lithium monofluorophosphate produced by decomposing lithium difluorophosphate with water, and ethyl lithium monofluorophosphate produced by the reaction of lithium difluorophosphate and ethanol, which is a by-product.
- the concentration of hydrogen fluoride mixed in lithium difluorophosphate was measured by neutralization titration with non-water and found to be 4210 mass ppm. Further, when confirmed by 1 H-NMR and 19 F-NMR, the content of 0.5% by mass of ethanol was confirmed even after drying.
- the water content in the total amount of the raw material before the reaction in Comparative Example 1 indicates the amount including the added water.
- Comparative Example 1 since water is used as a raw material in the reaction, more raw materials are used in the reaction than in Examples, which is inefficient with respect to the production method of Examples.
- the water content in the total amount of the raw material before the reaction was 270 mass ppm and 300 mass ppm, which were higher than those in the other examples (the water content in the lithium salt compound was 4850 mass ppm and 3800 mass ppm).
- lithium monofluorophosphate which is a hydrolyzate of lithium difluorophosphate
- the product produced by the reaction of lithium difluorophosphate and ethanol produced as a by-product Ethyllithium fluorophosphate was present as an impurity, and not only was the purity lowered due to the decrease in selectivity, but the amount of hydrogen fluoride mixed in was 2000 mass ppm or more, which was a very high value.
- lithium difluorophosphate When the water content of the lithium salt compound is reduced to around 2000 mass ppm so that the water content contained in the total amount of the raw material before the reaction is 200 mass ppm or less, lithium difluorophosphate is clearly hydrolyzed or by-produced. Decomposition by ethanol was suppressed, and the purity was improved by reducing lithium monofluorophosphate and lithium ethyl monofluorophosphate, and the hydrogen fluoride concentration was reduced (Examples 2 and 12). Further, from the results of Examples 3, 4, 13 and 14, when the water content contained in the total amount of the pre-reaction raw material is further reduced (when the water content contained in the lithium salt compound is further reduced), the purity of lithium difluorophosphate is obtained.
- Example 4 the water content in the total amount of the raw material before the reaction was fixed at 110 mass ppm (the water content of lithium chloride used was fixed at 510 mass ppm), and the raw material ethyl difluorophosphate having a different production method was used. Although used, differences in the process did not affect the yield, purity, and concentration of hydrogen fluoride mixed in with the resulting lithium difluorophosphate. Further, from the results of Examples 4, 7 to 10, it was confirmed that lithium difluorophosphate can be obtained in the same manner even if the non-aqueous organic solvent is changed from EMC to DMC, ethyl acetate, acetone, or DME.
- Example A lithium difluorophosphate obtained by the respective production methods of Example 1, Example 8, and Comparative Example 1
- Example A lithium difluorophosphate obtained by the respective production methods of Example 1, Example 8, and Comparative Example 1
- the particle size distribution was measured by the above method. The results are shown in Table 2 below.
- Example 1 Example 1
- Example B Example 8
- Example C Comparative Example 1
- the obtained lithium difluorophosphate (d90-d10) / MV value was 10 or less. Therefore, it was possible to suppress heat generation when it was dissolved in a non-aqueous electrolytic solution as an additive.
- the value of (d90-d10) / MV became smaller as the value of water content in the total amount of raw materials before the reaction was lower.
- the value of (d90-d10) / MV was smaller when there was no water as a raw material.
- the value of (d90-d10) / MV became smaller as the purity of the product increased.
- the value of (d90-d10) / MV became smaller as the hydrogen fluoride concentration of the product was lower.
- FIGS. 3 and 4 show SEM images of lithium difluorophosphate of Example A.
- SEM images of lithium difluorophosphate of Example C are shown in FIGS. 3 and 4.
- Triethylamine hydrogen fluoride salt and tetramethylethylenediamine hydrogen fluoride salt are prepared by dissolving triethylamine or tetramethylethylenediamine in a non-aqueous organic solvent having a water content of 50 mass ppm or less, and keeping the liquid temperature at 5 ° C. or lower. It was obtained by adding an equal number of moles of hydrogen fluoride to each base.
- a non-aqueous organic solvent the same type as the non-aqueous organic solvent (a) used in step 1 described later was used.
- the concentration of hydrogen fluoride remaining in these obtained fluorinating agents was measured by non-aqueous neutralization titration using a glass burette and found to be less than the lower limit of quantification (0.2 mol%).
- a part of the reaction solution is sampled, diluted with acetone, titrated using triethylamine as a base and bromophenol blue as an indicator, and the measured value is contained in the reaction solution.
- the concentration was converted to the hydrogen fluoride standard concentration. Subsequent non-aqueous neutralization titrations were performed in the same manner.
- ammonium fluoride (1) (also referred to as NH 4 F (1)).
- sodium fluoride was synthesized by gradually adding an equimolar number of sodium hydroxide while keeping the liquid temperature at 5 ° C. or lower.
- the non-aqueous organic solvent the same type as the non-aqueous organic solvent (a) used in step 1 described later was used. After recovering sodium fluoride by filtration and drying under reduced pressure, the concentration of residual hydrogen fluoride measured by non-aqueous neutralization titration was less than the lower limit of quantification (0.2 mol%).
- This sodium fluoride was designated as sodium fluoride (1) (also referred to as NaF (1)).
- Triethylamine was dissolved in a non-aqueous organic solvent having a water content of 50 mass ppm or less, and a 2-fold molar amount of hydrogen fluoride was added while keeping the liquid temperature at 5 ° C. or lower to obtain a triethylamine hydrogen difluoride salt.
- concentration of hydrogen fluoride contained was measured by non-aqueous neutralization titration, it was 50 mol%.
- the non-aqueous organic solvent the same type as the non-aqueous organic solvent (a) used in step 1 described later was used.
- ammonium hydrogen fluoride containing 50 mol% hydrogen fluoride manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries
- the hydrogen fluoride concentration is 10 mol%.
- Ammonium fluoride (2) also referred to as NH 4 F (2)
- ammonium fluoride (3) (NH 4 F (3)) containing 20 mol% of hydrogen fluoride. ) (Number average molecular weight 33.6) was prepared. The concentration of hydrogen fluoride contained was measured by non-aqueous neutralization titration.
- sodium fluoride (2) (NaF (2)) containing 10 mol% of hydrogen fluoride is contained.
- sodium fluoride (3) (also expressed as NaF (3)) containing 20 mol% hydrogen fluoride concentration (number average molecular weight 37.6) was prepared. The concentration of hydrogen fluoride contained was measured by non-aqueous neutralization titration.
- Methyl dichlorophosphate which is the raw material of step 1 (dihalophosphate ester represented by the general formula (1)), dissolves phosphorus oxychloride in PC, which is a non-aqueous organic solvent, and keeps the liquid temperature at 5 ° C or lower. In this state, an equimolar mixture of the corresponding alcohol (methanol) and triethylamine was added dropwise, triethylamine hydrochloride was removed by filtration, and the mixture was further isolated by vacuum distillation.
- PC a non-aqueous organic solvent
- ethyl dichlorophosphate, n-propyl dichlorophosphate, and phenyl dichlorophosphate were obtained by isolating the corresponding alcohols with ethanol, n-propanol, and phenol, respectively.
- Example 1-1 To a 1 L fluororesin reactor, 500 mL of EMC and 81.5 g (500 mmol) of ethyl dichlorophosphate were added, and the mixture was sufficiently mixed with stirring. 37.1 g (1050 mmol) of ammonium fluoride (2) was added thereto, and stirring was continued at a liquid temperature of 25 ° C. for 24 hours.
- the selectivity of the target ethyl difluorophosphate was 91 mol%, and other than that, hexafluorophosphoric acid was 6 mol% and diethyl monofluorophosphate was Was produced in 3 mol%.
- Examples 1-2 to 1-4 As a result of conducting an experiment in which only the phosphoric acid agent used was changed as shown in Table 3 by the procedure and the analysis method shown in Example 1-1, the selectivity was 90, 95, and 96 mol%, respectively. After confirming that ethyl difluorophosphate was produced, the fluorine and phosphorus components were obtained in yields of 85%, 90%, and 91% (distillation recovery rates 94%, 95%, 95%), respectively, through subsequent isolation operations. Distillate difluorophosphate with a purity of> 99% was obtained.
- the hydrogen fluoride concentration of the fluorinating agent used in Examples 1-3 and 1-4 was ⁇ 0.2 mol% (less than 0.2 mol%).
- Example 1-5 To a 1 L fluororesin reactor, 500 mL of EMC and 81.5 g (500 mmol) of ethyl dichlorophosphate were added, and the mixture was sufficiently mixed with stirring. 38.9 g (1050 mmol) of ammonium fluoride (1) was added thereto, and stirring was continued at a liquid temperature of 25 ° C. for 24 hours.
- the selectivity of the target product, ethyl difluorophosphate was 98 mol%, and other than that, 2 mol% of diethyl monofluorophosphate was produced.
- Examples 1-6 to 1-9 As a result of carrying out an experiment in which only the non-aqueous organic solvent (a) used was changed as shown in Table 3 by the procedure and the analysis method shown in Example 1-5, 97, 96, 92 and 83, respectively. It was confirmed that ethyl difluorophosphate was produced with a selectivity of mol%, and the yields were 92%, 90%, 86%, and 78% (distillation recovery rates 95%, 94%, 94) through subsequent isolation operations. %, 94%), and ethyl difluorophosphate having a purity of both fluorine and phosphorus components of> 99% was obtained.
- "DMC" means dimethyl carbonate.
- Example 1-10 The experiment was carried out by the same procedure and analysis method as in Example 1-5 except that the fluorinating agent was changed from ammonium fluoride (1) to sodium fluoride (1), and ethyl difluorophosphate was obtained at a selectivity of 96 mol%. After confirming the formation, ethyl difluorophosphate having a yield of 91% (distillation recovery rate of 95%) and a purity of fluorine and phosphorus components of> 99% was obtained through the subsequent isolation operation.
- Examples 1-11, 1-12 As a result of conducting experiments in the same procedure as in Example 1-10 except that the non-aqueous organic solvent (a) was changed from EMC to PC or acetonitrile, difluorophosphoric acid was selected at 96 and 80 mol%, respectively. After confirming that ethyl was produced, through the subsequent isolation operation, difluorophosphorus with yields of 89% and 73% (distillation recovery rate of 93% and 92%) and a purity of fluorine and phosphorus components of> 99%. Ethyl phosphate was obtained.
- Example 1-13 As a result of conducting experiments using the same procedure and analysis method as in Comparative Example 1-6 except that the fluorinating agent was changed from hydrogen fluoride to ammonium fluoride (1), methyl difluorophosphate had a selectivity of 97 mol%. Was confirmed to be produced, and through the subsequent isolation operation, methyl difluorophosphate having a yield of 89% (distillation recovery rate of 92%) and a purity of fluorine and phosphorus components of> 99% was obtained.
- Example 1-14 As a result of conducting experiments using the same procedure and analysis method as in Example 1-13 except that the non-aqueous organic solvent (a) was changed from EMC to acetonitrile, methyl difluorophosphate was produced with a selectivity of 78 mol%. After confirming that, through the subsequent isolation operation, methyl difluorophosphate having a yield of 70% (distillation recovery rate of 90%) and a purity of fluorine and phosphorus components of> 99% was obtained.
- Example 1-15 As a result of conducting experiments using the same procedure and analysis method as in Comparative Example 1-7 except that the fluorinating agent was changed from triethylamine hydrogen difluoride salt to ammonium fluoride (1), difluoro was performed with a selectivity of 97 mol%. It was confirmed that n-propyl phosphate was produced, and after subsequent isolation operations, n-propyl difluorophosphate with a yield of 90% (distillation recovery rate of 93%) and a purity of fluorine and phosphorus components of> 99% was confirmed. was gotten.
- Example 1-16 As a result of conducting an experiment using the same procedure and analysis method as in Example 1-15 except that the non-aqueous organic solvent (a) was changed from EMC to PC, n-propyl difluorophosphate was found at a selectivity of 96 mol%. After confirming the formation, n-propyl difluorophosphate having a yield of 88% (distill recovery rate of 92%) and a purity of fluorine and phosphorus components of> 99% was obtained through the subsequent isolation operation.
- Example 1-17 As a result of conducting experiments using the same procedure and analysis method as in Example 1-15 except that the non-aqueous organic solvent (a) was changed from EMC to acetonitrile, n-propyl difluorophosphate was found at a selectivity of 77 mol%. After confirming the formation, n-propyl difluorophosphate having a yield of 69% (distillation recovery rate of 90%) and a purity of fluorine and phosphorus components of> 99% was obtained through the subsequent isolation operation.
- Example 1-18 As a result of conducting an experiment using the same procedure and analysis method as in Comparative Example 1-8 except that the fluorinating agent was changed from ammonium hydrogen fluoride (containing 50 mol% hydrogen fluoride) to ammonium fluoride (1). It was confirmed that phenyl difluorophosphate was produced with a selectivity of 89 mol%. Since the residual phenyl dichlorophosphate as a raw material was confirmed by 13 P-NMR measurement at this time, the reaction time was extended by 48 hours, and the selectivity was finally improved to 92 mol%. Then, through an isolation operation, phenyl difluorophosphate having a yield of 83% (distillation recovery rate of 90%) and a purity of fluorine and phosphorus components of> 99% was obtained.
- Et3 N is triethylamine
- TMEDA tetramethylethylenediamine HF is hydrogen fluoride
- NH 4 F is ammonium fluoride
- NaF denotes sodium fluoride.
- ammonium fluoride and sodium fluoride having a hydrogen fluoride content of less than 0.2 mol%, 10 mol% and 20 mol% were fluorinated.
- ethyl dichlorophosphate was fluorinated as an agent (Comparative Examples 1-4, 1-5, Examples 1-1, 1-2, 1-5, 1-10)
- the concentration of hydrogen fluoride contained was low. It was confirmed that the higher the selectivity for ethyl difluorophosphate, and the smaller the amount of by-products such as hexafluorophosphoric acid, which is considered to be produced by perfluorination or disproportionation.
- Example 1-1 which contained only the above, it was possible to remove diethyl monofluorophosphate with a distillation recovery rate of 94% even in distillation in a 5-stage distillation column.
- Examples 1-9-1, 1-12-1 The experiment was carried out by the same procedure and analysis method as in Examples 1-9 and 1-12, respectively, except that the amount of the fluorinating agent used was changed to 1.5 equivalents. The results are shown in Table 4 together with the results of Examples 1-5 to 1-8, 1-10, 1-11.
- Examples 1-19, 1-20 The experiment was carried out by the same procedure and analysis method as in Example 1-3 except that the amount of the fluorinating agent used and the type of the non-aqueous organic solvent (a) were changed as shown in Table 4. The results are shown in Table 4 together with the results of Examples 1-3.
- Examples 1-21, 1-22 The experiment was carried out by the same procedure and analysis method as in Example 1-4 except that the amount of the fluorinating agent used and the type of the non-aqueous organic solvent (a) were changed as shown in Table 4. The results are shown in Table 4 together with the results of Examples 1-4.
- Examples 1-5 to 1-7 using an ester having a relative permittivity of 8 or less and Example 1 using an ether having a relative permittivity of 8 or less were used as the non-aqueous organic solvent (a). At -8, excellent selectivity and yield can be achieved even when the amount of the fluorinating agent used is as small as 1.05 equivalent. On the other hand, in Example 1-9 in which acetonitrile (relative permittivity of about 37) was used as the non-aqueous organic solvent (a), the selectivity and yield were slightly higher when the amount of the fluorinating agent used was 1.05 equivalent. The result is low.
- Example 1-10 in which an ester having a relative permittivity of 8 or less was used as the non-aqueous organic solvent (a) and in Example 1-11 in which propylene carbonate was used, the fluorinating agent was used. Excellent selectivity and yield can be achieved even with a relatively small amount of 1.05 equivalent.
- Example 1-12 in which acetonitrile (relative permittivity of about 37) was used as the non-aqueous organic solvent (a), the selectivity and yield were slightly higher when the amount of the fluorinating agent used was 1.05 equivalent. The result is low.
- Example 1-12-1 In order to achieve the same selectivity and yield as in Examples 1-10 and 1-11, it is necessary to increase the amount of the fluorinating agent used to about 1.5 equivalents as shown in Example 1-12-1. There is. The above tendency is that the fluorinating agent is triethylamine hydrogen fluoride salt (Examples 1-3, 1-19, 1-20), tetramethylethylenediamine hydrogen fluoride salt (Examples 1-4, 1-21, It was also confirmed when changed to 1-22).
- the fluorinating agent is triethylamine hydrogen fluoride salt (Examples 1-3, 1-19, 1-20), tetramethylethylenediamine hydrogen fluoride salt (Examples 1-4, 1-21, It was also confirmed when changed to 1-22).
- Example 2-1 100 mL of EMC and 4.2 g (100 mmol) of lithium chloride (containing 4850 mass ppm of water) were placed in a 500 mL glass reactor, and stirring was started at an internal temperature of 40 ° C. To this, 13.0 g (100 mmol) of ethyl difluorophosphate obtained in the procedure of Example 1-5 was added over 1 hour. The water contained in lithium chloride and EMC was used as water, which is one of the reaction raw materials. The molar ratio of ethyl difluorophosphate, lithium chloride and water is 1: 1: 0.02. At this time, foaming due to the generation of chloroethane was observed.
- Example 2-2 to 2-15 Lithium difluorophosphate was obtained in the same procedure as in Example 2-1 except that the type of raw material before the reaction and the water content thereof were changed as shown in Table 5. In Example 2-14, the stirring time during the reaction was set to 48 hours.
- Example 2-16 100 mL of EMC and 18.6 g (120 mmol) of phosphorus oxychloride were added to a 500 mL glass reactor, and stirring was started at an internal temperature of 40 ° C. To this, 13.0 g (100 mmol) of ethyl difluorophosphate obtained in the procedure of Example 1-5 was added over 2 hours. By distilling and purifying the reaction solution, 9.3 g (68.3 mmol) of phosphorus oxydifluoride was obtained. Subsequently, 75 mL of EMC and 9.3 g of phosphorus oxydifluoride were added to a 500 mL glass reactor, and stirring was started at an internal temperature of 5 ° C.
- a novel method for producing lithium difluorophosphate a method for producing a non-aqueous electrolyte solution, and a method for producing a non-aqueous secondary battery, which use less raw materials for the reaction and are excellent in efficiency. ..
- a method for producing a difluorophosphate which can stably achieve a high fluorination selectivity and a yield, a method for producing lithium difluorophosphate derived from the difluorophosphate, and the difluorophosphate.
- a method for producing a non-aqueous electrolytic solution using lithium acid acid and a method for producing a non-aqueous secondary battery can be provided.
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Abstract
Description
しかしながら、反応に用いる原料が少ない方が、原料の仕込みにかかる工数が軽減され、効率に優れるため、この観点から、新規な製造方法が求められている。
また、本開示は、高いフッ素化選択率及び収率を安定的に達成できるジフルオロリン酸エステルの製造方法、該ジフルオロリン酸エステルから誘導されるジフルオロリン酸リチウムの製造方法、該ジフルオロリン酸リチウムを用いた非水電解液の製造方法、及び非水二次電池の製造方法を提供することを目的とする。
更に、本開示は、添加剤として非水電解液に溶解させる際の発熱が小さいジフルオロリン酸リチウムを提供することを目的とする。
<1>
下記一般式(1A)で表されるジフルオロリン酸エステルと、リチウム塩化合物とを非水有機溶媒中で反応させる、ジフルオロリン酸リチウムの製造方法であって、
前記反応における原料として水を用いない、ジフルオロリン酸リチウムの製造方法。
<2>
前記反応前の、前記一般式(1A)で表されるジフルオロリン酸エステル、前記リチウム塩化合物、及び前記非水有機溶媒の総量中に含まれる水分が200質量ppm以下である、<1>に記載のジフルオロリン酸リチウムの製造方法。
<3>
前記反応前の、前記一般式(1A)で表されるジフルオロリン酸エステル、前記リチウム塩化合物、及び前記非水有機溶媒の総量中に含まれる水分が145質量ppm以下である、<1>又は<2>に記載のジフルオロリン酸リチウムの製造方法。
<4>
前記反応前の、前記一般式(1A)で表されるジフルオロリン酸エステル、前記リチウム塩化合物、及び前記非水有機溶媒の総量中に含まれる水分が135質量ppm以下である、<1>~<3>のいずれかに記載のジフルオロリン酸リチウムの製造方法。
<5>
前記リチウム塩化合物が、塩化リチウム、臭化リチウム、フッ化リチウム、炭酸リチウム、酢酸リチウム、及びプロピオン酸リチウムからなる群から選ばれる少なくとも1種である、<1>~<4>のいずれかに記載のジフルオロリン酸リチウムの製造方法。
<6>
前記非水有機溶媒が、炭酸エステル類、鎖状エステル類、エーテル類、及びケトン類からなる群から選ばれる少なくとも1種である、<1>~<5>のいずれかに記載のジフルオロリン酸リチウムの製造方法。
<7>
前記炭酸エステル類が、炭酸エチルメチル、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸メチルプロピル、炭酸エチルプロピル、炭酸プロピレン、及び炭酸ブチレンからなる群から選ばれる少なくとも1種であり、前記鎖状エステル類が、酢酸エチル、酢酸メチル、酢酸プロピル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、及びプロピオン酸プロピルからなる群から選ばれる少なくとも1種であり、前記エーテル類が、ジメトキシエタン、ジメトキシメタン、テトラヒドロフラン、及びジエチルエーテルからなる群から選ばれる少なくとも1種であり、前記ケトン類がアセトン、エチルメチルケトン、及びジエチルケトンからなる群から選ばれる少なくとも1種である、<6>に記載のジフルオロリン酸リチウムの製造方法。
<8>
前記反応を、不活性ガスの保護下で行う、<1>~<7>のいずれかに記載のジフルオロリン酸リチウムの製造方法。
<9>
<1>~<8>のいずれかに記載の製造方法によって得られたジフルオロリン酸リチウムを用いた非水電解液の製造方法。
<10>
<9>に記載の製造方法によって得られた非水電解液を用いた非水二次電池の製造方法。
下記一般式(1)で表されるジハロリン酸エステルと、含有フッ化水素濃度が15mol%以下であるフッ素化剤とを非水有機溶媒(a)中で反応させる工程1を有する、下記一般式(2)で表されるジフルオロリン酸エステルの製造方法。
<12>
前記非水有機溶媒(a)が炭酸エステル類、鎖状エステル類、及びケトン類からなる群から選ばれる少なくとも1種である<11>に記載のジフルオロリン酸エステルの製造方法。
<13>
前記非水有機溶媒(a)が、炭酸エステル類、及び鎖状エステル類からなる群から選ばれる少なくとも1種であって、
前記炭酸エステル類が、炭酸エチルメチル、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸メチルプロピル、炭酸エチルプロピル、炭酸プロピレン、及び炭酸ブチレンからなる群から選ばれる少なくとも1種であり、前記鎖状エステル類が、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、及びプロピオン酸プロピルからなる群から選ばれる少なくとも1種である<12>に記載のジフルオロリン酸エステルの製造方法。
<14>
前記フッ素化剤が、有機アミンのフッ化水素塩、及び無機フッ素化物から選ばれる少なくとも1種である<11>~<13>のいずれか1項に記載のジフルオロリン酸エステルの製造方法。
<15>
前記有機アミンのフッ化水素塩が、トリエチルアミン一フッ化水素塩、テトラメチルエチレンジアミン二フッ化水素塩、及びピリジン一フッ化水素塩からなる群から選ばれる少なくとも1種であり、前記無機フッ素化物が、フッ化アンモニウム、フッ化ナトリウム、フッ化カリウム、フッ化セシウム、及びフッ化亜鉛からなる群から選ばれる少なくとも1種である<14>に記載のジフルオロリン酸エステルの製造方法。
<16>
前記フッ素化剤が、フッ化ナトリウム、フッ化アンモニウム、トリエチルアミン一フッ化水素塩、及びテトラメチルエチレンジアミン二フッ化水素塩から選ばれる少なくとも1種であり、前記非水有機溶媒(a)が、25℃における比誘電率が8以下のエステル類、25℃における比誘電率が8以下のエーテル類、及び炭酸プロピレンから選ばれる少なくとも1種である<11>に記載のジフルオロリン酸エステルの製造方法。
<17>
前記工程1における反応において触媒を使用しない、<11>~<16>のいずれか1項に記載のジフルオロリン酸エステルの製造方法。
<18>
前記フッ素化剤が、フッ化ナトリウム、フッ化アンモニウム、フッ化セシウム、フッ化亜鉛、トリエチルアミン一フッ化水素塩、及びテトラメチルエチレンジアミン二フッ化水素塩から選ばれる少なくとも1種であり、
前記非水有機溶媒(a)が、25℃における比誘電率が8以下のエステル、及び25℃における比誘電率が8以下のエーテルから選ばれる少なくとも1種である、<11>に記載のジフルオロリン酸エステルの製造方法。
<19>
前記25℃における比誘電率が8以下のエステルが、炭酸エチルメチル、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸メチルプロピル、炭酸エチルプロピル、ギ酸エチル、ギ酸プロピル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、酢酸イソブチル、酢酸ペンチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、及びフタル酸ジブチルから選ばれる少なくとも1種である、<18>に記載のジフルオロリン酸エステルの製造方法。
<20>
前記25℃における比誘電率が8以下のエーテルが、1,2-ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、ジエチルエーテル、及びジエチレングリコールジエチルエーテルから選ばれる少なくとも1種である、<18>に記載のジフルオロリン酸エステルの製造方法。
<21>
<11>~<20>のいずれか1項に記載のジフルオロリン酸エステルの製造方法で製造された前記一般式(2)で表されるジフルオロリン酸エステル、リチウム塩化合物(b)、及び水を非水有機溶媒(b)中で反応させる工程2を有する、ジフルオロリン酸リチウムの製造方法。
<22>
前記非水有機溶媒(b)が、エステル類、n-ヘキサン、シクロヘキサン、n-ヘプタン、イソヘプタン、ベンゼン、トルエン、キシレン、アセトニトリル、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、アニソール、フェネトール、及びテトラヒドロフランからなる群から選ばれる少なくとも1種である、<21>に記載のジフルオロリン酸リチウムの製造方法。
<23>
前記リチウム塩化合物(b)が、塩化リチウム、臭化リチウム、フッ化リチウム、ヨウ化リチウム、水酸化リチウム、炭酸リチウム、重炭酸リチウム、リン酸リチウム、リン酸二水素リチウム、リン酸水素二リチウム、メタリン酸リチウム、酢酸リチウム、及び硫酸リチウムからなる群より選ばれる少なくとも1種である、<21>又は<22>に記載のジフルオロリン酸リチウムの製造方法。
<24>
前記工程2における一般式(2)で表されるジフルオロリン酸エステルとリチウム塩化合物(b)と水とのモル比が、1:2:2~1:1:0.01である、<21>~<23>のいずれか1項に記載のジフルオロリン酸リチウムの製造方法。
<25>
<11>~<20>のいずれか1項に記載のジフルオロリン酸エステルの製造方法で製造された前記一般式(2)で表されるジフルオロリン酸エステルと、リチウム塩化合物(c)とを非水有機溶媒(c)中で反応させる工程3を有し、
前記工程3の反応前の、前記一般式(2)で表されるジフルオロリン酸エステル、前記リチウム塩化合物(c)、及び前記非水有機溶媒(c)の総量中に含まれる水分が200質量ppm以下である、ジフルオロリン酸リチウムの製造方法。
<26>
前記工程3の反応前の、前記一般式(2)で表されるジフルオロリン酸エステル、前記リチウム塩化合物(c)、及び前記非水有機溶媒(c)の総量中に含まれる水分が145質量ppm以下である、<25>に記載のジフルオロリン酸リチウムの製造方法。
<27>
前記リチウム塩化合物(c)が、塩化リチウム、臭化リチウム、フッ化リチウム、炭酸リチウム、酢酸リチウム、及びプロピオン酸リチウムからなる群から選ばれる少なくとも1種である、<25>又は<26>に記載のジフルオロリン酸リチウムの製造方法。
<28>
前記非水有機溶媒(c)が、エステル類、エーテル類、及びケトン類からなる群から選ばれる少なくとも1種である、<25>~<27>のいずれか1項に記載のジフルオロリン酸リチウムの製造方法。
<29>
前記非水有機溶媒(c)が、エステル類を含み、
前記エステル類が、環状炭酸エステル、鎖状炭酸エステル、鎖状エステル、及び環状エステルからなる群から選ばれる少なくとも1種である、<28>に記載のジフルオロリン酸リチウムの製造方法。
<30>
<11>~<20>のいずれか1項に記載のジフルオロリン酸エステルの製造方法で製造された前記一般式(2)で表されるジフルオロリン酸エステルを、塩素化剤にて塩素化して二フッ化一塩化リン酸オキシドに変換した後に、加水分解にてジフルオロリン酸を合成し、更に中和を行う工程4を有する、ジフルオロリン酸リチウムの製造方法。
<31>
前記塩素化剤がオキシ塩化リンである、<30>に記載のジフルオロリン酸リチウムの製造方法。
<32>
前記中和が、水素化リチウム、又は塩化リチウムの添加によるジフルオロリン酸の中和である、<30>又は<31>に記載のジフルオロリン酸リチウムの製造方法。
<33>
前記工程1~4の少なくとも1つを、不活性ガスの保護下で行う、<21>~<32>のいずれか1項に記載のジフルオロリン酸リチウムの製造方法。
<34>
<21>~<33>のいずれか1項に記載のジフルオロリン酸リチウムの製造方法によって得られたジフルオロリン酸リチウムを用いる非水電解液の製造方法。
<35>
<34>に記載の非水電解液の製造方法によって得られた非水電解液を用いる非水二次電池の製造方法。
前記一般式(1A)で表されるジフルオロリン酸エステルが、下記一般式(1)で表されるジハロリン酸エステルと、含有フッ化水素濃度が15mol%以下であるフッ素化剤とを非水有機溶媒(a)中で反応させる工程1を有する、ジフルオロリン酸エステルの製造方法により製造されたものである、<1>~<8>のいずれか1項に記載のジフルオロリン酸リチウムの製造方法。
<37>
前記非水有機溶媒(a)が炭酸エステル類、鎖状エステル類、及びケトン類からなる群から選ばれる少なくとも1種である<36>に記載のジフルオロリン酸リチウムの製造方法。
<38>
前記非水有機溶媒(a)が、炭酸エステル類、及び鎖状エステル類からなる群から選ばれる少なくとも1種であって、
前記炭酸エステル類が、炭酸エチルメチル、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸メチルプロピル、炭酸エチルプロピル、炭酸プロピレン、及び炭酸ブチレンからなる群から選ばれる少なくとも1種であり、前記鎖状エステル類が、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、及びプロピオン酸プロピルからなる群から選ばれる少なくとも1種である<37>に記載のジフルオロリン酸リチウムの製造方法。
<39>
前記フッ素化剤が、有機アミンのフッ化水素塩、及び無機フッ素化物から選ばれる少なくとも1種である<36>~<38>のいずれか1項に記載のジフルオロリン酸リチウムの製造方法。
<40>
前記有機アミンのフッ化水素塩が、トリエチルアミン一フッ化水素塩、テトラメチルエチレンジアミン二フッ化水素塩、及びピリジン一フッ化水素塩からなる群から選ばれる少なくとも1種であり、前記無機フッ素化物が、フッ化アンモニウム、フッ化ナトリウム、フッ化カリウム、フッ化セシウム、及びフッ化亜鉛からなる群から選ばれる少なくとも1種である<39>に記載のジフルオロリン酸リチウムの製造方法。
<41>
前記フッ素化剤が、フッ化ナトリウム、フッ化アンモニウム、トリエチルアミン一フッ化水素塩、及びテトラメチルエチレンジアミン二フッ化水素塩から選ばれる少なくとも1種であり、前記非水有機溶媒(a)が、25℃における比誘電率が8以下のエステル類、25℃における比誘電率が8以下のエーテル類、及び炭酸プロピレンから選ばれる少なくとも1種である<36>に記載のジフルオロリン酸リチウムの製造方法。
<42>
前記工程1における反応において触媒を使用しない、<36>~<41>のいずれか1項に記載のジフルオロリン酸リチウムの製造方法。
<43>
前記フッ素化剤が、フッ化ナトリウム、フッ化アンモニウム、フッ化セシウム、フッ化亜鉛、トリエチルアミン一フッ化水素塩、及びテトラメチルエチレンジアミン二フッ化水素塩から選ばれる少なくとも1種であり、
前記非水有機溶媒(a)が、25℃における比誘電率が8以下のエステル、及び25℃における比誘電率が8以下のエーテルから選ばれる少なくとも1種である、<36>に記載のジフルオロリン酸リチウムの製造方法。
<44>
前記25℃における比誘電率が8以下のエステルが、炭酸エチルメチル、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸メチルプロピル、炭酸エチルプロピル、ギ酸エチル、ギ酸プロピル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、酢酸イソブチル、酢酸ペンチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、及びフタル酸ジブチルから選ばれる少なくとも1種である、<43>に記載のジフルオロリン酸リチウムの製造方法。
<45>
前記25℃における比誘電率が8以下のエーテルが、1,2-ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、ジエチルエーテル、及びジエチレングリコールジエチルエーテルから選ばれる少なくとも1種である、<43>に記載のジフルオロリン酸リチウムの製造方法。
<46>
<36>~<45>のいずれか1項に記載の製造方法によって得られたジフルオロリン酸リチウムを用いた非水電解液の製造方法。
<47>
<46>に記載の製造方法によって得られた非水電解液を用いた非水二次電池の製造方法。
体積累積分布が90%になる粒径であるd90、体積累積分布が10%になる粒径であるd10、及び体積平均粒径であるMVによって表される関係式(d90-d10)/MVの値が10以下である、ジフルオロリン酸リチウム。
<49>
混入しているフッ化水素の濃度が4000質量ppm以下である、<48>に記載のジフルオロリン酸リチウム。
また、本開示によると、高いフッ素化選択率及び収率を安定的に達成できるジフルオロリン酸エステルの製造方法、該ジフルオロリン酸エステルから誘導されるジフルオロリン酸リチウムの製造方法、該ジフルオロリン酸リチウムを用いた非水電解液の製造方法、及び非水二次電池の製造方法を提供することができる。
更に、本開示によると、添加剤として非水電解液に溶解させる際の発熱が小さいジフルオロリン酸リチウムを提供することができる。
本明細書において、「~」とはその前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味で使用される。
本開示は、下記一般式(1A)で表されるジフルオロリン酸エステルと、リチウム塩化合物とを非水有機溶媒中で反応させる、ジフルオロリン酸リチウムの製造方法であって、前記反応における原料として水を用いない、ジフルオロリン酸リチウムの製造方法を提供するものである。
なお、本開示において、「原料として水を用いない」とは、原料として積極的に水を添加しないということであるが、より具体的には、反応前における系中の水の含有量が、原料の総量に対して、7000質量ppm以下であることである。
本開示のジフルオロリン酸リチウムの製造方法(以下、本開示の製造方法ともいう)において、反応前原料総量中に含まれる水分は1000質量ppm以下であることがより好ましく、500質量ppm以下であることがさらに好ましく、200質量ppm以下であることが特に好ましい。反応前原料総量中の水分を200質量ppm以下とすることで、下記1)~3)に示す副反応を抑制し、目的物であるジフルオロリン酸リチウムを高純度で得ることができる。
1)目的物であるジフルオロリン酸リチウムの加水分解によるモノフルオロリン酸リチウムの生成
2)一般式(1A)で表されるジフルオロリン酸エステルと水との反応によるアルコール(ROH)の副生
3)上記副生アルコール(ROH)と、ジフルオロリン酸リチウムとの反応による化合物(LiPO2F(OR))及びフッ化水素の副生
なお、ROH及びLiPO2F(OR)中のRは、一般式(1A)におけるRと同様である。
フッ化水素の混入量を更に低減する観点から、反応前原料総量中に含まれる水分は145質量ppm以下であることが好ましく、135質量ppm以下であることがより好ましい。
本開示の上記好ましい態様によれば、フッ化水素及び不純物の混入量が少ない高純度なジフルオロリン酸リチウムを高効率で製造することができる。
本開示の製造方法において、原料として、下記一般式(1A)で表されるジフルオロリン酸エステルを用いる。
炭素数6~15のアリール基としては、フェニル基、ナフチル基、アントリル基等が挙げられ、フェニル基であることが好ましい。
例えば、ジクロロリン酸エステル等のジハロリン酸エステルと、公知のフッ素化剤(例えば、フッ化カリウム、フッ化水素、六フッ化ケイ酸ナトリウム、フッ化ナトリウム、フッ化アンモニウム、フッ化セシウム、トリエチルアミン三フッ化水素酸塩、ピリジンフッ化水素塩等)とを反応させることにより得ることができる。
本開示の製造方法において用いられるリチウム塩化合物は特に限定されず、例えば、塩化リチウム、臭化リチウム、フッ化リチウム、炭酸リチウム、酢酸リチウム、プロピオン酸リチウム、ヨウ化リチウム、水酸化リチウム、重炭酸リチウム、リン酸リチウム、リン酸二水素リチウム、リン酸水素二リチウム、メタリン酸リチウム、及び硫酸リチウムからなる群から選ばれる少なくとも1種などが挙げられる。
リチウム塩化合物としては、塩化リチウム、臭化リチウム、フッ化リチウム、炭酸リチウム、酢酸リチウム、及びプロピオン酸リチウムからなる群から選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。中でも、塩化リチウム、酢酸リチウム、炭酸リチウム及びプロピオン酸リチウムからなる群から選ばれる少なくとも1種であることがより好ましく、塩化リチウム及び酢酸リチウムから選ばれる少なくとも1種であることがさらに好ましい。
反応前のリチウム塩化合物の含水量としては、好ましくは3000質量ppm以下であり、より好ましくは2500質量ppm以下、さらに好ましくは2000質量ppm以下、特に好ましくは1000質量ppm以下であり、最も好ましくは600質量ppm以下である。
本開示の製造方法において用いられる非水有機溶媒としては、特に限定されないが、低含水量である市販品が容易に入手できるため、炭酸エステル類、鎖状エステル類(鎖状カルボン酸エステル類)、エーテル類、及びケトン類からなる群から選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。
炭酸エステル類としては、炭酸エチルメチル、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸メチルプロピル、炭酸エチルプロピル、炭酸プロピレン、炭酸ブチレン等が挙げられ、炭酸エチルメチル、炭酸ジメチル、又は炭酸ジエチルであることが好ましい。
鎖状エステル類としては、酢酸エチル、酢酸メチル、酢酸プロピル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル等が挙げられ、酢酸エチルであることが好ましい。
エーテル類としては、ジメトキシエタン、ジメトキシメタン、テトラヒドロフラン、ジエチルエーテル等が挙げられ、ジメトキシエタンであることが好ましい。
ケトン類としては、アセトン、エチルメチルケトン、ジエチルケトン等が挙げられ、アセトンであることが好ましい。
一般式(1A)で表されるジフルオロリン酸エステルと、リチウム塩化合物とを非水有機溶媒中で反応させる反応において、一般式(1A)で表されるジフルオロリン酸エステルと、リチウム塩化合物の仕込み比がモル比率で1.0:0.7~1.0:1.5であることが好ましく、1.0:0.9~1.0:1.2であることがより好ましい。
また、上記反応における非水有機溶媒の使用量としては、非水有機溶媒中の一般式(1A)で表されるジフルオロリン酸エステルの濃度が、5質量%~25質量%となるように使用することが好ましい。
また、上記反応における反応液温度は、-10~120℃であることが好ましく、0~60℃であることがより好ましい。
本開示は、上記の本開示のジフルオロリン酸リチウムの製造方法によって得られるジフルオロリン酸リチウムを用いた非水電解液の製造方法、及び上記製造方法によって得られる非水電解液を用いた非水二次電池の製造方法にも関する。
仮に、非水電解液への添加量を1.0質量%とし、ジフルオロリン酸リチウムに混入するフッ化水素の濃度が3000質量ppm程度とした場合、非水電解液の遊離酸(主にフッ化水素)濃度を30質量ppm程度上昇させる。
一般的な非水電解液の遊離酸(フッ化水素)濃度の規格は40質量ppm前後であるため、ジフルオロリン酸リチウムが原因で30質量ppm程度も増加してしまうと、その他の原料由来で含まれるフッ化水素の許容値が大きく制限されてしまい、非水電解液の安定な製造に大きな支障を与える恐れがある。
そのため、ジフルオロリン酸リチウムに混入するフッ化水素の濃度が低いほど好ましく、当該フッ化水素濃度を低減する観点から、反応前原料総量中の水分が少ないほど好ましい。
また、本開示の非水二次電池の製造方法は、上記非水電解液の製造方法によって得られた非水電解液を用いたものであることが好ましい。当該方法によって非水二次電池を得ることが生産効率上優れるため好ましい。
本発明者らは、前述の課題を解決するために鋭意研究を重ねたところ、d10が大きく(すなわち、一次粒子の粒径が大きく)、かつd90が小さい(すなわち、二次粒子の粒径が小さい)ジフルオロリン酸リチウムが、添加剤として非水電解液に溶解させる際の発熱が小さいことを見出した。
本開示のジフルオロリン酸リチウムは、体積累積分布が90%になる粒径であるd90、体積累積分布が10%になる粒径であるd10、及び体積平均粒径であるMVによって表される関係式(d90-d10)/MVの値が10以下である、ジフルオロリン酸リチウムである。
ジフルオロリン酸リチウムは、室温、常圧下にて、一次粒子と、一次粒子が凝集した球状の二次粒子からなる粉体と推察される。
一次粒子と、一次粒子が凝集した球状の二次粒子からなる粉体では、粒度分布測定において体積換算での相対粒子量は2つの粒径ピークを示す。
一次粒子と、一次粒子が凝集した二次粒子からなる粉体では、異なるロットのサンプル間における一次粒子、二次粒子の粒径を、それぞれd10、d90の値を目安として比較することができる。
本開示のジフルオロリン酸リチウムのd10は1.3μm以上であることが好ましく、1.7μm以上であることがより好ましい。
本開示のジフルオロリン酸リチウムのd90は170μm以下であることが好ましく、140μm以下であることがより好ましい。
「(d90-d10)/MV」とは、ジフルオロリン酸リチウムの粒度分布の広がりを示す指標である。本開示のジフルオロリン酸リチウムは、(d90-d10)/MVの値が10以下であり、好ましくは6.5以下であり、より好ましくは5.8以下である。
ジフルオロリン酸リチウムの(d90-d10)/MVの値を10以下とすることで、ジフルオロリン酸リチウムの二次粒子と一次粒子の粒径の差が小さくなる、すなわち一次粒子の凝集の度合いが小さくなることにより、添加剤として非水電解液に溶解させた際の発熱を抑制することができる。一方、(d90-d10)/MVの値が10を超える場合には、添加剤として非水電解液に溶解させた際の発熱が大きくなる。
ここで、粒度分布測定において、d10、d90は、体積累積分布がそれぞれ10%、90%になる粒径であり、MVは体積平均粒径である。(d90-d10)/MVは、小さいほど粒度分布の広がりが小さいことになるが、製造上の制約などを考慮すると、(d90-d10)/MVの下限は、通常1程度である。なお、d90、d10及びMVは、レーザ回折式粒度分布計を用いて、レーザ回折散乱法によって測定することができる。
ジフルオロリン酸リチウムのフッ化水素の濃度を4000質量ppm以下とすることで、これを添加して調製された非水電解液のフッ化水素濃度を低くすることができる。電池の電解液において酸が多く存在すると好ましくないことは知られている(例えば日本国特許5679719号公報、日本国特開2001-307772号公報等)。
本発明者らが、前述の課題を解決するために鋭意研究を重ねたところ、フッ素化剤の製造元や製造ロットによりフッ素化の選択率がばらつく原因は、フッ素化剤中のフッ化水素の含有量の差によるものであることが判明した。そして、含有フッ化水素濃度が15mol%以下であるフッ素化剤を用いたジハロリン酸エステルのフッ素化によって、ジフルオロリン酸エステルが例えば75モル%以上という高選択率で得られることを見出した。
また、得られたジフルオロリン酸エステルを用いてジフルオロリン酸リチウムを合成することで、ジフルオロリン酸リチウムを効率的に製造できることを確認した。
本開示のジフルオロリン酸エステルの製造方法は、用いるフッ素化剤中の含有フッ化水素濃度を15mol%以下に調整することにより、副生するモノフルオロリン酸ジエステルの生成を抑制し、一般式(2)で表されるジフルオロリン酸エステルを高い選択率及び収率で安定的に得ることを実現したものである。
本開示は、下記一般式(1)で表されるジハロリン酸エステルと、含有フッ化水素濃度が15mol%以下であるフッ素化剤とを非水有機溶媒(a)中で反応させる工程1を有する、下記一般式(2)で表されるジフルオロリン酸エステルの製造方法を提供するものである。
一般式(1)及び(2)におけるRは同一の基を表す。
上記炭素数6~15のアリール基としては、フェニル基、ナフチル基、アントリル基等が挙げられ、フェニル基であることが好ましい。
上記非水有機溶媒がプロピレンカーボネート(以降「PC」と記載する場合がある)やジエチレングリコールジエチルエーテル(以降「DGDE」と記載する場合がある)といった高沸点溶媒であると、上記減圧蒸留によって非水有機溶媒とジクロロリン酸エステルとを容易に分離できるため、後述の工程1で用いる非水有機溶媒(a)の種類は特に限定されない。一方で、上記非水有機溶媒がそれらよりも低沸点な溶媒(例えばエチルメチルカーボネート(以降「EMC」と記載する場合がある)等)であると、上記減圧蒸留によってジクロロリン酸エステルと非水有機溶媒とを完全に分離するには多くの時間を要する。そのため、非水有機溶媒を完全に分離しないまま後述の工程1に進むことが好ましいが、その場合、後述の工程1で用いる非水有機溶媒(a)の種類はジクロロリン酸エステルの合成に用いた非水有機溶媒と同種のものであることが溶媒組成を制御しやすい点で好ましい。
本開示のジフルオロリン酸エステルの製造方法の工程1においては、フッ素化剤として含有フッ化水素濃度が15mol%以下であるフッ素化剤を用いる。含有フッ化水素濃度が15mol%以下であるフッ素化剤とは、フッ素化剤全量に対してフッ化水素が15mol%以下であるフッ素化剤を示す。なお、トリエチルアミン一フッ化水素塩などの、塩基とフッ化水素との等モル中和塩であるフッ素化剤を構成するフッ化水素は、上記含有フッ化水素濃度を算出する際のフッ化水素には含まれない。
使用する非水有機溶媒としては、アセトンであることが好ましい。
フッ素化剤の合成方法は特に限定されるものではないが、例えば反応溶媒中で、フッ化水素と、対応する塩基性化合物(例えば、フッ素化剤がトリエチルアミン一フッ化水素塩である場合には、トリエチルアミン)とを反応させることによって得られる。反応溶媒は特に限定されないが、濾過等により反応溶媒とフッ素化剤とを完全に分離することが難しい、又は多くの時間を要する場合においては、反応溶媒として工程1で用いる後述の非水有機溶媒(a)と同種のもの用いることが溶媒組成を制御しやすい点で好ましい。
工程1における反応は、非水有機溶媒(a)中で行う。
上記非水有機溶媒(a)中の水分は、フッ化水素の発生を引き起こすため極力少ない方が良く、反応前の非水有機溶媒(a)中の含有水分が0.05質量%以下であることが好ましい。
上記炭酸エステル類は、炭酸エチルメチル、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸メチルプロピル、炭酸エチルプロピル、炭酸プロピレン、及び炭酸ブチレンからなる群から選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。
上記鎖状エステル類が、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、及びプロピオン酸プロピルからなる群から選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。
上記工程1において、上記一般式(1)で表されるジハロリン酸エステルに対する含有フッ化水素濃度が15mol%以下であるフッ素化剤の当量は、一般式(1)で表されるジハロリン酸エステルがフッ素原子を含まない場合は2.0~3.0であることが好ましく、一般式(1)で表されるジハロリン酸エステルがフッ素原子を含む場合(一般式(1)中のXがフッ素原子である場合)は1.0~1.5であることが好ましい。
非水有機溶媒(a)が、25℃における比誘電率が8以下のエステル、及び25℃における比誘電率が8以下のエーテルから選ばれる少なくとも1種である態様も好ましい。
前記25℃における比誘電率が8以下のエステルが、炭酸エチルメチル、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸メチルプロピル、炭酸エチルプロピル、ギ酸エチル、ギ酸プロピル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、酢酸イソブチル、酢酸ペンチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、及びフタル酸ジブチルから選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。
また、前記25℃における比誘電率が8以下のエーテルが、1,2-ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、ジエチルエーテル、及びジエチレングリコールジエチルエーテルから選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。
また本開示は、上述の工程1において製造された上記一般式(2)で表されるジフルオロリン酸エステルを原料とし、下記工程2~4のいずれかの工程を含むジフルオロリン酸リチウムの製造方法を提供するものである。
以下工程2~4について詳述する。
工程2は、上述の工程1において製造された上記一般式(2)で表されるジフルオロリン酸エステル、リチウム塩化合物(b)、及び水を非水有機溶媒(b)中で反応させる工程である。
上記エステル類としては、環状炭酸エステル、鎖状炭酸エステル、鎖状エステル(鎖状カルボン酸エステル)、環状エステル(環状カルボン酸エステル)等が挙げられる。
上記環状炭酸エステルは、炭酸プロピレン、及び炭酸ブチレンからなる群から選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。
上記鎖状炭酸エステルは、炭酸エチルメチル、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸メチルプロピル、及び炭酸エチルプロピルからなる群から選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。
上記鎖状エステル類は、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、及びプロピオン酸プロピルからなる群から選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。
上記環状エステルはγ-ブチロラクトン、及びγ-バレロラクトンからなる群から選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。
また、上記工程2における非水有機溶媒(b)の使用量としては、非水有機溶媒(b)中の一般式(2)で表されるジフルオロリン酸エステルの濃度が、0.01g/mL~0.4g/mLとなるように使用することが好ましい。なお、工程2において、反応前の一般式(2)で表されるジフルオロリン酸エステル、リチウム塩化合物(b)、水、及び非水有機溶媒(b)の総量を「工程2における反応前原料総量」と記載する場合がある。
また、工程2における反応液温度は-10~120℃であることが好ましい。
工程3は、上述の工程1において製造された上記一般式(2)で表されるジフルオロリン酸エステルと、リチウム塩化合物(c)とを非水有機溶媒(c)中で反応させる工程である。
工程3における反応前の、一般式(2)で表されるジフルオロリン酸エステル、リチウム塩化合物(c)、及び非水有機溶媒(c)の総量(以降、この総量を「工程3における反応前原料総量」と記載する場合がある)中に含まれる水分が200質量ppm以下であることが好ましい。
ここで、ジフルオロリン酸エステルは水と速やかに反応して加水分解されるため、反応前の、ジフルオロリン酸エステル中には水が存在し得ない。そのため、「反応前のジフルオロリン酸エステル中に含まれる水分」が「0質量ppm」であるものとして、工程3における反応前原料総量中の水分量は算出される。
工程3における反応前原料総量中に含まれる水分量は、リチウム塩化合物及び非水有機溶媒(c)中の水分量を、それぞれカールフィッシャー水分計を用いて測定し合計することで算出される。なお、リチウム塩化合物中の水分量は、カールフィッシャー水分計に水分気化装置を接続し、設定温度を150℃として測定した値である。
反応前のリチウム塩化合物の含水量としては、好ましくは3000質量ppm以下であり、より好ましくは2500質量ppm以下、さらに好ましくは1000質量ppm以下である。
上記エステル類は、1種でも2種以上でも良い。
上記エステル類としては、環状炭酸エステル、鎖状炭酸エステル、鎖状エステル、環状エステル等が挙げられる。
上記環状炭酸エステルは、炭酸プロピレン、及び炭酸ブチレンからなる群から選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。
上記鎖状炭酸エステルは、炭酸エチルメチル、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸メチルプロピル、及び炭酸エチルプロピルからなる群から選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。
上記鎖状エステル類は、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、及びプロピオン酸プロピルからなる群から選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。
上記環状エステルはγ-ブチロラクトン、及びγ-バレロラクトンからなる群から選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。
上記工程3における非水有機溶媒(c)の使用量としては、非水有機溶媒中の一般式(2)で表されるジフルオロリン酸エステルの濃度が、0.01g/mL~0.4g/mLとなるように使用することが好ましい。
また、反応液温度は-10~120℃であることが好ましい。
工程4は、上述の工程1において製造された上記一般式(2)で表されるジフルオロリン酸エステルを、塩素化剤にて塩素化して二フッ化一塩化リン酸オキシドに変換した後に、加水分解にてジフルオロリン酸を合成し、更に中和を行う工程である。
非水有機溶媒(d)は、エステル類を含むことが好ましい。
上記エステル類は、1種でも2種以上でも良い。
上記エステル類としては、環状炭酸エステル、鎖状炭酸エステル、鎖状エステル(鎖状カルボン酸エステル)、環状エステル(環状カルボン酸エステル)等が挙げられる。
上記環状炭酸エステルは、炭酸プロピレン、及び炭酸ブチレンからなる群から選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。
上記鎖状炭酸エステルは、炭酸エチルメチル、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸メチルプロピル、及び炭酸エチルプロピルからなる群から選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。
上記鎖状エステル類は、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、及びプロピオン酸プロピルからなる群から選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。
上記環状エステルはγ-ブチロラクトン、及びγ-バレロラクトンからなる群から選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。
また、上記工程4における非水有機溶媒(d)の使用量としては、非水有機溶媒中の一般式(2)で表されるジフルオロリン酸エステルの濃度が、0.01g/mL~0.4g/mLとなるように使用することが好ましい。
また、反応液温度は-10~60℃であることが好ましい。
本開示は、上記の本開示の製造方法によって得られるジフルオロリン酸リチウムを用いた非水電解液の製造方法、及び上記製造方法によって得られる非水電解液を用いた非水電解液電池の製造方法にも関する。
下記の合成例1~6に記載の手順によって一般式(1A)で表されるジフルオロリン酸エステルを合成した。
1Lのフッ素樹脂製反応器に500mLのアセトニトリル、ジクロロリン酸エチル81.5g(500mmol)を加え、攪拌して充分に混合させた。フッ化カリウム174.3g(3000mmol)を添加した後に液温25℃にて12時間、攪拌を継続した。19F-NMRで確認したところ、得られた反応液には目的物であるジフルオロリン酸エチルが90モル%、ヘキサフルオロリン酸カリウムが4モル%、モノフルオロリン酸ジエチルが6モル%見られた。濾過にて塩化カリウムを除去したのちに、減圧蒸留する事でジフルオロリン酸エチル46.8g(360mmol、収率72%)を得た。
1Lのフッ素樹脂製反応器に500mLのエチルメチルカーボネート(以下EMC)、ジクロロリン酸エチル81.5g(500mmol)を加え、攪拌して充分に混合させた。液温を20℃以下に保ちながら、フッ化水素28.0g(1400mmol)を30分かけて滴下した後に液温を25℃まで上げて、24時間攪拌を継続した。19F-NMRで確認したところ、得られた反応液には目的物であるジフルオロリン酸エチルが45モル%、ヘキサフルオロリン酸が30モル%、モノフルオロリン酸ジエチルが25モル%見られた。減圧濃縮で塩酸を取り除いたのちに、減圧蒸留する事でジフルオロリン酸エチル22.8g(175mmol、収率35%)を得た。
500mLのフッ素樹脂製反応器にジクロロリン酸エチル81.5g(500mmol)と六フッ化ケイ酸ナトリウム94.0g(500mmol)を加え、60℃にて12時間攪拌を継続した。19F-NMRで確認したところ、得られた反応液には目的物であるジフルオロリン酸エチルが87モル%、クロロフルオロリン酸エチルが8モル%、ジフルオロリン酸が5モル%見られた。減圧蒸留を行う事でジフルオロリン酸エチル13.5g(104mmol、収率21%)を得た。
原料をジクロロリン酸エチル81.5g(500mmol)からジクロロリン酸メチル74.5g(500mmol)に変更した以外は合成例1と同じ手順にて反応を行った結果、24%の収率にてジフルオロリン酸メチルが得られた。
原料をジクロロリン酸エチル81.5g(500mmol)からジクロロリン酸n-プロピル88.5g(500mmol)に変更した以外は合成例1と同じ手順にて反応を行った結果、31%の収率にてジフルオロリン酸n-プロピルが得られた。
原料をジクロロリン酸エチル81.5g(500mmol)からジクロロリン酸フェニル105.5g(500mmol)に変更した以外は合成例1と同じ手順にて反応を行った結果、31%の収率にてジフルオロリン酸フェニルが得られた。
上記合成例1~6にて得られたジフルオロリン酸エステルと、リチウム塩化合物とを非水有機溶媒中で反応させ、下記実施例1~18及び比較例1の手順にてジフルオロリン酸リチウムを合成した。
500mLのガラス製反応器に100mLのEMC(含有水分110質量ppm)と、4.2g(100mmol)の未乾燥の無水塩化リチウム(含有水分4850質量ppm)を入れ、内温40℃にて攪拌を開始させた。そこに、合成例1の手順にて得られたジフルオロリン酸エチル13.0g(100mmol)を1時間かけて添加した。なお、反応前原料総量中に含まれる水分は270質量ppmであった。
ジフルオロリン酸エチルの添加に伴い、クロロエタンの発生による発泡が見られた。その後、内温40℃にて12時間攪拌を継続した。内温を25℃以下に下げたのち、濾過にて析出した固体を回収し、80℃での減圧乾燥後に、収率98%で純度97%のジフルオロリン酸リチウムが得られた。主な不純物はジフルオロリン酸リチウムが水で分解されて生成したモノフルオロリン酸リチウム(Li2PO3F)や、ジフルオロリン酸リチウムと副生物であるエタノールが反応して生成したモノフルオロリン酸エチルリチウム(LiPO2F(OCH2CH3))であった。また、ジフルオロリン酸リチウムに混入しているフッ化水素の濃度を非水での中和滴定にて測定したところ、2030質量ppmであった。
使用する塩化リチウムを含有水分が2150質量ppm(前記の水分4850質量ppmの塩化リチウムを150℃で2時間減圧乾燥させたもの)であるものに変更した以外は実施例1と同じ手順にて反応を進めた(反応前原料総量中に含まれる水分は170質量ppmであった。)結果、濾過・減圧乾燥後に、収率98%で純度>99%のジフルオロリン酸リチウムが得られた。また、ジフルオロリン酸リチウムに混入しているフッ化水素の濃度は910質量ppmであった。
使用する塩化リチウムを含有水分が1200質量ppm(前記の水分4850質量ppmの塩化リチウムを150℃で3時間減圧乾燥させたもの)であるものに変更した以外は実施例1と同じ手順にて反応を進めた(反応前原料総量中に含まれる水分は140質量ppmであった。)結果、濾過・減圧乾燥後に、収率98%で純度>99%のジフルオロリン酸リチウムが得られた。また、ジフルオロリン酸リチウムに混入しているフッ化水素の濃度は420質量ppmであった。
使用する塩化リチウムを含有水分が510質量ppm(前記の水分4850質量ppmの塩化リチウムを150℃で6時間減圧乾燥させたもの)であるものに変更した以外は実施例1と同じ手順にて反応を進めた(反応前原料総量中に含まれる水分は110質量ppmであった。)結果、濾過・減圧乾燥後に、収率98%で純度>99%のジフルオロリン酸リチウムが得られた。また、ジフルオロリン酸リチウムに混入しているフッ化水素の濃度は230質量ppmであった。
使用するジフルオロリン酸エチルを、合成例2の手順で得られるものに変更した以外は実施例4と同じ手順にて反応を進めた(反応前原料総量中に含まれる水分は110質量ppmであった。)結果、濾過・減圧乾燥後に、収率98%で純度>99%のジフルオロリン酸リチウムが得られた。また、ジフルオロリン酸リチウムに混入しているフッ化水素の濃度は210質量ppmであった。
使用するジフルオロリン酸エチルを、合成例3の手順で得られるものに変更した以外は実施例4と同じ手順にて反応を進めた(反応前原料総量中に含まれる水分は110質量ppmであった。)結果、濾過・減圧乾燥後に、収率98%で純度>99%のジフルオロリン酸リチウムが得られた。また、ジフルオロリン酸リチウムに混入しているフッ化水素の濃度は250質量ppmであった。
使用する溶媒をEMCから含有水分120質量ppmの炭酸ジメチル(以下DMC)に変更した以外は実施例4と同じ手順にて反応を進めた(反応前原料総量中に含まれる水分は120質量ppmであった。)結果、濾過・減圧乾燥後に、収率98%で純度>99%のジフルオロリン酸リチウムが得られた。また、ジフルオロリン酸リチウムに混入しているフッ化水素の濃度は230質量ppmであった。
500mLのガラス製反応器に100mLの酢酸エチル(含有水分95質量ppm)と、4.2g(100mmol)の塩化リチウム(含有水分510質量ppm)を入れ、内温40℃にて攪拌を開始させた。そこに、合成例1の手順にて得られたジフルオロリン酸エチル13.0g(100mmol)を1時間かけて添加した。なお、反応前原料総量中に含まれる水分は100質量ppmであった。
ジフルオロリン酸エチルの添加に伴い、クロロエタンの発生による発泡が見られた。その後、内温40℃にて12時間、攪拌を継続した。得られた溶液に含まれるクロロエタンと酢酸エチルを加熱減圧下で除去した後、得られた固体をEMCで洗浄した。そして、濾過にて固体を回収し、80℃加熱減圧下で乾燥させた結果、収率97%で純度>99%のジフルオロリン酸リチウムが得られた。また、ジフルオロリン酸リチウムに混入しているフッ化水素の濃度を非水での中和滴定にて測定したところ、200質量ppmであった。
使用する溶媒を酢酸エチルから含有水分130質量ppmのアセトンに変更した以外は実施例8と同じ手順にて反応を進めた(反応前原料総量中に含まれる水分は130質量ppmであった。)結果、濾過・減圧乾燥後に、収率96%で純度>99%のジフルオロリン酸リチウムが得られた。また、ジフルオロリン酸リチウムに混入しているフッ化水素の濃度は180質量ppmであった。
使用する溶媒を酢酸エチルから含有水分90質量ppmのジメトキシエタン(以下DME)に変更した以外は実施例8と同じ手順にて反応を進めた(反応前原料総量中に含まれる水分は100質量ppmであった。)結果、濾過・減圧乾燥後に、収率92%で純度98%のジフルオロリン酸リチウムが得られた。また、ジフルオロリン酸リチウムに混入しているフッ化水素の濃度は420質量ppmであった。
500mLのガラス製反応器に100mLのEMC(含有水分110質量ppm)と、6.6g(100mmol)の酢酸リチウム(含有水分3800質量ppm)を入れ、内温40℃にて攪拌を開始させた。そこに、合成例1の手順にて得られたジフルオロリン酸エチル13.0g(100mmol)を1時間かけて添加した。なお、反応前原料総量中に含まれる水分は300質量ppmであった。その後、内温40℃にて12時間、攪拌を継続した。減圧濃縮で副生した酢酸エチルを除去した後に濾過にて析出した固体を回収し、80℃での減圧乾燥後に、収率95%で純度97%のジフルオロリン酸リチウムが得られた。主な不純物は加水分解物であるモノフルオロリン酸リチウムや、ジフルオロリン酸リチウムと副生物であるエタノールが反応して生成したモノフルオロリン酸エチルリチウムであった。また、ジフルオロリン酸リチウムに混入しているフッ化水素の濃度を非水での中和滴定にて測定したところ、2570質量ppmであった。
使用する酢酸リチウムを含有水分が1960質量ppm(前記の水分3800質量ppmの酢酸リチウムを150℃で2時間減圧乾燥させたもの)であるものに変更した以外は実施例11と同じ手順にて反応を進めた(反応前原料総量中に含まれる水分は200質量ppmであった。)結果、濾過・減圧乾燥後に、収率96%で純度>99%のジフルオロリン酸リチウムが得られた。また、ジフルオロリン酸リチウムに混入しているフッ化水素の濃度は970質量ppmであった。
使用する酢酸リチウムを含有水分が950質量ppm(前記の水分3800質量ppmの酢酸リチウムを150℃で3時間減圧乾燥させたもの)であるものに変更した以外は実施例11と同じ手順にて反応を進めた(反応前原料総量中に含まれる水分は140質量ppmであった。)結果、濾過・減圧乾燥後に、収率96%で純度>99%のジフルオロリン酸リチウムが得られた。また、ジフルオロリン酸リチウムに混入しているフッ化水素の濃度は530質量ppmであった。
使用する酢酸リチウムを含有水分が450質量ppm(前記の水分3800質量ppmの酢酸リチウムを150℃で6時間減圧乾燥させたもの)であるものに変更した以外は実施例11と同じ手順にて反応を進めた(反応前原料総量中に含まれる水分は120質量ppmであった。)結果、濾過・減圧乾燥後に、収率95%で純度>99%のジフルオロリン酸リチウムが得られた。また、ジフルオロリン酸リチウムに混入しているフッ化水素の濃度は280質量ppmであった。
500mLのガラス製反応器に100mLのEMC(含有水分110質量ppm)と、4.2g(100mmol)の塩化リチウム(含有水分510質量ppm)を入れ、内温40℃にて攪拌を開始させた。そこに、合成例4の手順にて得られたジフルオロリン酸メチル11.6g(100mmol)を1時間かけて添加した。なお、反応前原料総量中に含まれる水分は110質量ppmであった。
ジフルオロリン酸メチルの添加に伴い、クロロメタンの発生による発泡が見られた。その後、内温40℃にて12時間、攪拌を継続した。濾過にて析出した固体を回収し、80℃での減圧乾燥後に、収率98%で純度>99%のジフルオロリン酸リチウムが得られた。また、ジフルオロリン酸リチウムに混入しているフッ化水素の濃度を非水での中和滴定にて測定したところ、250質量ppmであった。
500mLのガラス製反応器に100mLのEMC(含有水分110質量ppm)と、4.2g(100mmol)の塩化リチウム(含有水分510質量ppm)を入れ、内温40℃にて攪拌を開始させた。そこに、合成例5の手順にて得られたジフルオロリン酸n-プロピル14.4g(100mmol)を1時間かけて添加した。なお、反応前原料総量中に含まれる水分は110質量ppmであった。
その後、内温40℃にて12時間、攪拌を継続した。濾過にて析出した固体を回収し、80℃での減圧乾燥後に、収率98%で純度>99%のジフルオロリン酸リチウムが得られた。また、ジフルオロリン酸リチウムに混入しているフッ化水素の濃度を非水での中和滴定にて測定したところ、210質量ppmであった。
500mLのガラス製反応器に100mLのEMC(含有水分110質量ppm)と、4.2g(100mmol)の塩化リチウム(含有水分510質量ppm)を入れ、内温40℃にて攪拌を開始させた。そこに、合成例6の手順にて得られたジフルオロリン酸フェニル17.8g(100mmol)を1時間かけて添加した。なお、反応前原料総量中に含まれる水分は110質量ppmであった。
その後、内温40℃にて48時間、攪拌を継続した。濾過にて析出した固体を回収し、80℃での減圧乾燥後に、収率97%で純度98%のジフルオロリン酸リチウムが得られた。また、ジフルオロリン酸リチウムに混入しているフッ化水素の濃度を非水での中和滴定にて測定したところ、300質量ppmであった。
500mLのガラス製反応器に100mLのアセトニトリル(含有水分280質量ppm)と、4.2g(100mmol)の塩化リチウム(含有水分510質量ppm)を入れ、内温40℃にて攪拌を開始させた。そこに、合成例1の手順にて得られたジフルオロリン酸エチル13.0g(100mmol)を1時間かけて添加した。なお、反応前原料総量中に含まれる水分は250質量ppmであった。
ジフルオロリン酸エチルの添加に伴い、クロロエタンの発生による発泡が見られた。その後、内温40℃にて12時間、攪拌を継続した。得られた溶液に含まれるクロロエタンとアセトニトリルを加熱減圧下で除去した後、得られた固体をEMCで洗浄した。そして、濾過にて固体を回収し、80℃加熱減圧下で乾燥させた結果、収率95%で純度96%のジフルオロリン酸リチウムが得られた。主な不純物はジフルオロリン酸リチウムが水で分解されて生成したモノフルオロリン酸リチウムや、ジフルオロリン酸リチウムと副生物であるエタノールが反応して生成したモノフルオロリン酸エチルリチウムであった。また、ジフルオロリン酸リチウムに混入しているフッ化水素の濃度を非水での中和滴定にて測定したところ、2800質量ppmであった。
500mLのガラス製反応器に100mLのEMC(含有水分110質量ppm)と、4.2g(100mmol)の塩化リチウム(含有水分510質量ppm)と0.9gの水(50mmol)を入れ、内温40℃にて攪拌を開始させた。そこに、合成例1の手順にて得られたジフルオロリン酸エチル13.0g(100mmol)を1時間かけて添加した。なお、反応前原料総量中に含まれる水分は7700質量ppmであった。その後、内温40℃にて12時間、攪拌を継続した。内温を25℃以下に下げたのち、濾過にて析出した固体を回収し、80℃での減圧乾燥後に、収率96%で純度83%のジフルオロリン酸リチウムが得られた。主な不純物はジフルオロリン酸リチウムが水で分解されて生成したモノフルオロリン酸リチウムや、ジフルオロリン酸リチウムと副生物であるエタノールが反応して生成したモノフルオロリン酸エチルリチウムであった。また、ジフルオロリン酸リチウムに混入しているフッ化水素の濃度を非水での中和滴定にて測定したところ、4210質量ppmであった。また、1H-NMRと19F-NMRにて確認すると、乾燥後においても0.5質量%のエタノールの含有が認められた。
比較例1は、反応における原料として水を用いるため、実施例よりも反応に用いる原料が多く、実施例の製造方法に対して効率が悪いものである。
実施例同士の比較においては、反応前原料総量中に含まれる水分が270質量ppm、300質量ppmと他の実施例に比べて多い(リチウム塩化合物に含まれる水分が4850質量ppm、3800質量ppmと他の実施例に比べて多い)実施例1、11では、ジフルオロリン酸リチウムの加水分解物であるモノフルオロリン酸リチウムや、ジフルオロリン酸リチウムと副生するエタノールが反応して生成したモノフルオロリン酸エチルリチウムが不純物として存在し、選択率低下による純度低下が見られるだけでなく、フッ化水素の混入量も2000質量ppm以上と、非常に高い値であった。
なお、酢酸リチウムを使用した実施例11~14で、収率が95%前後と塩化リチウムを用いた場合に比べて低下しているのは、副生した酢酸エチルが減圧濃縮では除去しきれておらず、本来はほぼ全量が析出するはずのジフルオロリン酸リチウムが、この液中に残存した酢酸エチルによって一部溶解したためだと思われる。
レーザ回折式粒度分布測定装置(島津製作所 SALD-2200)を用いて、ヘキサン溶媒、約20mL中で実施例A、実施例B、実施例Cで得られたジフルオロリン酸リチウム、約10mgの粒度分布を測定した。測定中は測定セルを攪拌し、光強度分布を50%に合わせるようにして、対象物質の屈折率を1.35として値を求めた。この測定結果より、小径側からの体積累計が10%となる粒子径であるd10、90%となる粒子径であるd90、及び体積平均粒径MVを求めた。
エチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)の非水溶媒(体積比EC:EMC=3:7)に、電解質としてLiPF6を濃度が1.2mol/Lになるように溶解した溶液を調製し、それを20mLずつに分けて、それぞれの液温を30℃に揃えて試験用溶液を準備した。
上記の各試験用溶液に、表2に記載のジフルオロリン酸リチウム(実施例A、実施例B、実施例C)をそれぞれ1.5質量%の濃度となるように加え、撹拌・混合して非水系電解液を調製した。
ジフルオロリン酸リチウムを加えた後、5分間撹拌後の非水系電解液の温度をそれぞれ測定した結果を表2に示す。
・実施例A(実施例1)、実施例B(実施例8)、実施例C(比較例1)ともに、得られたジフルオロリン酸リチウムの(d90-d10)/MVの値は10以下であり、添加剤として非水電解液に溶解させた際の発熱を抑制することができた。
・ジフルオロリン酸リチウムの(d90-d10)/MVの値が小さいほど、添加剤として非水電解液に溶解させた際の発熱を抑制できる傾向にあった。
・(d90-d10)/MVの値は、反応前原料総量中の水分の値が低いほど、小さい値となった。
・(d90-d10)/MVの値は、原料としての水は無しの場合の方が、小さい値となった。
・(d90-d10)/MVの値は、生成物の純度が高いほど、小さい値となった。
・(d90-d10)/MVの値は、生成物のフッ化水素濃度が低いほど、小さい値となった。
トリエチルアミン一フッ化水素塩、テトラメチルエチレンジアミン二フッ化水素塩は、水分50質量ppm以下の非水有機溶媒中にトリエチルアミン、又はテトラメチルエチレンジアミンを溶解させ、液温を5℃以下に保ちつつ、これら塩基に対してそれぞれ等モル数のフッ化水素を添加する事で得た。なお、上記非水有機溶媒は後述の工程1で用いる非水有機溶媒(a)と同種のものを用いた。得られたこれらのフッ素化剤中に残留するフッ化水素濃度を、ガラス製ビュレットを用いた非水中和滴定にて測定したところ、それぞれ定量下限(0.2モル%)未満であった。なお、上記の非水中和滴定では、反応液を一部サンプリングし、それをアセトンで希釈して、トリエチルアミンを塩基として、ブロモフェノールブルーを指示薬として使用して滴定し、測定値を反応液に含まれるフッ化水素基準の濃度に変換して行った。以降の非水中和滴定も同様に行った。
また、非水有機溶媒中にフッ化水素を溶解させ、液温を5℃以下に保ちつつ、等モル数のアンモニアを吹き込むことでフッ化アンモニウムを合成した。なお、上記非水有機溶媒は後述の工程1で用いる非水有機溶媒(a)と同種のものを用いた。濾過でフッ化アンモニウムを回収した後、非水中和滴定にて残留するフッ化水素濃度を測定したところ、定量下限(0.2モル%)未満であった。このフッ化アンモニウムをフッ化アンモニウム(1)(NH4F(1)とも表す)とした。
また、非水有機溶媒中にフッ化水素を溶解させ、液温を5℃以下に保ちつつ、等モル数の水酸化ナトリウムを徐々に添加することでフッ化ナトリウムを合成した。なお、上記非水有機溶媒は後述の工程1で用いる非水有機溶媒(a)と同種のものを用いた。濾過でフッ化ナトリウムを回収し、減圧乾燥を行った後に、非水中和滴定にて残留するフッ化水素濃度を測定したところ、定量下限(0.2モル%)未満であった。このフッ化ナトリウムをフッ化ナトリウム(1)(NaF(1)とも表す)とした。
水分50質量ppm以下の非水有機溶媒中にトリエチルアミンを溶解させ、液温を5℃以下に保ちつつ、2倍モルのフッ化水素を添加する事でトリエチルアミン二フッ化水素塩を得た。非水中和滴定にて含有フッ化水素濃度を測定したところ、50モル%であった。なお、上記非水有機溶媒は後述の工程1で用いる非水有機溶媒(a)と同種のものを用いた。
フッ化アンモニウム(1)に対して、富士フイルム和光純薬製のフッ化水素アンモニウム(含有フッ化水素濃度が50モル%)を添加することで、含有フッ化水素濃度が10モル%であるフッ化アンモニウム(2)(NH4F(2)とも表す)(数平均分子量35.3)、含有フッ化水素濃度が20モル%であるフッ化アンモニウム(3)(NH4F(3)とも表す)(数平均分子量33.6)を調製した。なお、含有フッ化水素濃度は、非水中和滴定で測定した。
また、フッ化ナトリウム(1)に対して、富士フイルム和光純薬製のフッ化水素ナトリウムを添加することで、含有フッ化水素濃度が10モル%であるフッ化ナトリウム(2)(NaF(2)とも表す)(数平均分子量39.8)、含有フッ化水素濃度が20モル%であるフッ化ナトリウム(3)(NaF(3)とも表す)(数平均分子量37.6)を調製した。なお、含有フッ化水素濃度は、非水中和滴定で測定した。
1Lのフッ素樹脂製反応器に500mLのEMC、ジクロロリン酸エチル81.5g(500mmol)を加え、攪拌して充分に混合させた。液温を20℃以下に保ちながら、フッ化水素28.0g(1400mmol)を30分かけて滴下した後に液温を25℃まであげて24時間、攪拌を継続した。得られた反応液を19F-NMRで分析すると、目的物であるジフルオロリン酸エチルの選択率は45モル%であり、それ以外にはヘキサフルオロリン酸が30モル%、モノフルオロリン酸ジエチルが25モル%生成していた。また、31P-NMRで確認したところ、原料であるジクロロリン酸エチルは完全に消費されていた。
減圧濃縮で塩酸を取り除いたのちに、段数10段の蒸留塔にて減圧蒸留する事でフッ素、リン成分の純度(19F-NMR、31P-NMRにて測定)が97%のジフルオロリン酸エチル12.0g(92.3mmol、収率19%、蒸留回収率41%)を得た。このジフルオロリン酸エチルはEMCとの混合液として得られた。なお、収率等の数値は含まれる溶媒を差し引いた値であり、以降同様である。
1Lのフッ素樹脂製反応器に350mLのEMC、ジクロロリン酸エチル81.5g(500mmol)を加え、攪拌して充分に混合させた。液温を20℃以下に保ちながら、トリエチルアミン二フッ化水素塩(含有フッ化水素濃度が50モル%)74.1g(525mmol)と150mLのEMCとの混合液を30分かけて滴下した後に液温を25℃まであげて24時間、攪拌を継続した。得られた反応液を19F-NMRで分析すると、目的物であるジフルオロリン酸エチルの選択率は49モル%であり、それ以外にはヘキサフルオロリン酸が39モル%、モノフルオロリン酸ジエチルが12モル%生成していた。また、31P-NMRで確認したところ、原料であるジクロロリン酸エチルは完全に消費されていた。
減圧濃縮で塩酸を取り除いたのちに、濾過にてトリエチルアミン塩酸塩を除去した。得られた濾液を段数10段の蒸留塔にて減圧蒸留する事でフッ素、リン成分の純度(19F-NMR、31P-NMRにて測定)が98%のジフルオロリン酸エチル12.7g(98.0mmol、収率20%、蒸留回収率40%)を得た。このジフルオロリン酸エチルはEMCとの混合液として得られた。
1Lのフッ素樹脂製反応器に500mLのEMC、ジクロロリン酸エチル81.5g(500mmol)を加え、攪拌して充分に混合させた。そこに、フッ化水素アンモニウム(含有フッ化水素濃度が50モル%)29.9g(525mmol)を加え、液温25℃にて24時間、攪拌を継続した。得られた反応液を19F-NMRで分析すると、目的物であるジフルオロリン酸エチルの選択率は51モル%であり、それ以外にはヘキサフルオロリン酸が40モル%、モノフルオロリン酸ジエチルが9モル%生成していた。また、31P-NMRで確認したところ、原料であるジクロロリン酸エチルは完全に消費されていた。
反応後に比較例1-2と同様の単離操作を行い、同様に分析をして、フッ素、リン成分の純度が98%のジフルオロリン酸エチル15.5g(119.3mmol、収率23%、蒸留回収率45%)を得た。なお、このジフルオロリン酸エチルはEMCとの混合液として得られた。
1Lのフッ素樹脂製反応器に500mLのEMC、ジクロロリン酸エチル81.5g(500mmol)を加え、攪拌して充分に混合させた。そこに、フッ化アンモニウム(3)34.5g(1025mmol)を加え、液温25℃にて24時間、攪拌を継続した。得られた反応液を19F-NMRで分析すると、目的物であるジフルオロリン酸エチルの選択率は69モル%であり、それ以外にはヘキサフルオロリン酸が26モル%、モノフルオロリン酸ジエチルが5モル%生成していた。また、31P-NMRで確認したところ、原料であるジクロロリン酸エチルは完全に消費されていた。
反応後に比較例1-2と同様の単離操作を行い、同様に分析をして、フッ素、リン成分の純度が>99%(99%超)のジフルオロリン酸エチル38.2g(293.5mmol、収率59%、蒸留回収率85%)を得た。このジフルオロリン酸エチルはEMCとの混合液として得られた。
1Lのフッ素樹脂製反応器に500mLのEMC、ジクロロリン酸エチル81.5g(500mmol)を加え、攪拌して充分に混合させた。そこに、フッ化ナトリウム(3)35.5g(1025mmol)を加え、液温25℃にて24時間、攪拌を継続した。得られた反応液を19F-NMRで分析すると、目的物であるジフルオロリン酸エチルの選択率は66モル%であり、それ以外にはヘキサフルオロリン酸が30モル%、モノフルオロリン酸ジエチルが4モル%生成していた。また、31P-NMRで確認したところ、原料であるジクロロリン酸エチルは完全に消費されていた。
反応後に比較例1-2と同様の単離操作を行い、同様に分析をして、フッ素、リン成分の純度が>99%のジフルオロリン酸エチル37.3g(287.0mmol、収率57%、蒸留回収率87%)を得た。このジフルオロリン酸エチルはEMCとの混合液として得られた。
1Lのフッ素樹脂製反応器に500mLのEMC、ジクロロリン酸エチル81.5g(500mmol)を加え、攪拌して充分に混合させた。そこに、フッ化アンモニウム(2)37.1g(1050mmol)を加え、液温25℃にて24時間、攪拌を継続した。得られた反応液を19F-NMRで分析すると、目的物であるジフルオロリン酸エチルの選択率は91モル%であり、それ以外にはヘキサフルオロリン酸が6モル%、モノフルオロリン酸ジエチルが3モル%生成していた。また、31P-NMRで確認したところ、原料であるジクロロリン酸エチルは完全に消費されていた。
濾過にて塩化アンモニウムを除去し、得られた濾液を段数10段の蒸留塔にて減圧蒸留する事でフッ素、リン成分の純度(19F-NMR、31P-NMRにて測定)が>99%のジフルオロリン酸エチル55.6g(427.5mmol、収率85%、蒸留回収率94%)を得た。
実施例1-1に示した手順、分析方法にて、使用するフッ素化剤のみを表3に示すとおりに変更して実験を行った結果、それぞれ、90、95、96モル%の選択率にてジフルオロリン酸エチルが生成する事を確認し、続く単離操作を経て、それぞれ収率85%、90%、91%(蒸留回収率94%、95%、95%)にてフッ素、リン成分の純度がいずれも>99%のジフルオロリン酸エチルが得られた。なお、実施例1-3及び1-4で使用したフッ素化剤の含有フッ化水素濃度は<0.2mol%(0.2mol%未満)であった。
1Lのフッ素樹脂製反応器に500mLのEMC、ジクロロリン酸エチル81.5g(500mmol)を加え、攪拌して充分に混合させた。そこに、フッ化アンモニウム(1)38.9g(1050mmol)を加え、液温25℃にて24時間、攪拌を継続した。得られた反応液を19F-NMRで分析すると、目的物であるジフルオロリン酸エチルの選択率は98モル%であり、それ以外にはモノフルオロリン酸ジエチルが2モル%生成していた。また、31P-NMRで確認したところ、原料であるジクロロリン酸エチルは完全に消費されていた。
濾過にて塩化アンモニウムを除去し、得られた濾液を段数10段の蒸留塔にて減圧蒸留する事でフッ素、リン成分の純度(19F-NMR、31P-NMRにて測定)が>99%のジフルオロリン酸エチル60.5g(465.0mmol、収率93%、蒸留回収率95%)を得た。
実施例1-5に示した手順、分析方法にて、使用する非水有機溶媒(a)のみを表3に示すとおりに変更して実験を行った結果、それぞれ、97、96、92、83モル%の選択率にてジフルオロリン酸エチルが生成する事を確認し、続く単離操作を経て、収率92%、90%、86%、78%(蒸留回収率95%、94%、94%、94%)にてフッ素、リン成分の純度がいずれも>99%のジフルオロリン酸エチルが得られた。なお、表3中で「DMC」はジメチルカーボネートを意味する。
フッ素化剤をフッ化アンモニウム(1)からフッ化ナトリウム(1)に変更した以外は実施例1-5と同じ手順、分析方法にて実験を行い、選択率96モル%でジフルオロリン酸エチルが生成する事を確認し、続く単離操作を経て、収率91%(蒸留回収率95%)にてフッ素、リン成分の純度が>99%のジフルオロリン酸エチルが得られた。
非水有機溶媒(a)をEMCからPC、又はアセトニトリルに変更した以外は実施例1-10と同じ手順にて実験を行った結果、それぞれ、96、80モル%の選択率にてジフルオロリン酸エチルが生成する事を確認し、続く単離操作を経て、収率89%、73%(蒸留回収率93%、92%)にてフッ素、リン成分の純度がいずれも>99%のジフルオロリン酸エチルが得られた。
一般式(1)で表されるジハロリン酸エステルをジクロロリン酸エチル81.5g(500mmol)からジクロロリン酸メチル74.5g(500mmol)に変更した以外は比較例1-1と同じ手順、分析方法にて実験を行った結果、47モル%の選択率にてジフルオロリン酸メチルが生成する事を確認し、続く単離操作を経て、収率18%(蒸留回収率39%)にてフッ素、リン成分の純度が98%のジフルオロリン酸エチルが得られた。
フッ素化剤をフッ化水素からフッ化アンモニウム(1)に変更した以外は比較例1-6と同じ手順、分析方法にて実験を行った結果、97モル%の選択率にてジフルオロリン酸メチルが生成する事を確認し、続く単離操作を経て、収率89%(蒸留回収率92%)にてフッ素、リン成分の純度が>99%のジフルオロリン酸メチルが得られた。
非水有機溶媒(a)をEMCからアセトニトリルに変更した以外は実施例1-13と同じ手順、分析方法にて実験を行った結果、78モル%の選択率にてジフルオロリン酸メチルが生成する事を確認し、続く単離操作を経て、収率70%(蒸留回収率90%)にてフッ素、リン成分の純度が>99%のジフルオロリン酸メチルが得られた。
一般式(1)で表されるジハロリン酸エステルをジクロロリン酸エチル81.5g(500mmol)からジクロロリン酸n-プロピル88.5g(500mmol)に変更した以外は比較例1-2と同じ手順、分析方法にて実験を行った結果、51モル%の選択率にてジフルオロリン酸n-プロピルが生成する事を確認し、続く単離操作を経て、収率20%(蒸留回収率40%)にてフッ素、リン成分の純度が98%のジフルオロリン酸n-プロピルが得られた。
フッ素化剤をトリエチルアミン二フッ化水素塩からフッ化アンモニウム(1)に変更した以外は比較例1-7と同じ手順、分析方法にて実験を行った結果、97モル%の選択率にてジフルオロリン酸n-プロピルが生成する事を確認し、続く単離操作を経て、収率90%(蒸留回収率93%)にてフッ素、リン成分の純度が>99%のジフルオロリン酸n-プロピルが得られた。
非水有機溶媒(a)をEMCからPCに変更した以外は実施例1-15と同じ手順、分析方法にて実験を行った結果、96モル%の選択率にてジフルオロリン酸n-プロピルが生成する事を確認し、続く単離操作を経て、収率88%(蒸留回収率92%)にてフッ素、リン成分の純度が>99%のジフルオロリン酸n-プロピルが得られた。
非水有機溶媒(a)をEMCからアセトニトリルに変更した以外は実施例1-15と同じ手順、分析方法にて実験を行った結果、77モル%の選択率にてジフルオロリン酸n-プロピルが生成する事を確認し、続く単離操作を経て、収率69%(蒸留回収率90%)にてフッ素、リン成分の純度が>99%のジフルオロリン酸n-プロピルが得られた。
一般式(1)で表されるジハロリン酸エステルをジクロロリン酸エチル81.5g(500mmol)からジクロロリン酸フェニル105.5g(500mmol)に変更した以外は比較例1-3と同じ手順、分析方法にて実験を行った結果、43モル%の選択率にてジフルオロリン酸フェニルが生成する事を確認し、続く単離操作を経て、収率17%(蒸留回収率39%)にてフッ素、リン成分の純度が>99%のジフルオロリン酸フェニルが得られた。
フッ素化剤をフッ化水素アンモニウム(含有フッ化水素濃度が50モル%)からフッ化アンモニウム(1)に変更した以外は比較例1-8と同じ手順、分析方法にて実験を行った結果、89モル%の選択率にてジフルオロリン酸フェニルが生成する事を確認した。この時点での13P-NMR測定により、原料であるジクロロリン酸フェニルの残存が確認されたため、反応時間を48時間延長させたところ、最終的に選択率は92モル%まで向上した。次いで単離操作を経て、収率83%(蒸留回収率90%)にてフッ素、リン成分の純度が>99%のジフルオロリン酸フェニルが得られた。
フッ素化剤の使用量を1.5当量に変更した以外は、それぞれ実施例1-9、1-12と同じ手順、分析方法にて実験を行った。結果を、実施例1-5~1-8、1-10、1-11の結果とともに表4に示す。
フッ素化剤の使用量及び非水有機溶媒(a)の種類を表4に示すように変更した以外は実施例1-3と同じ手順、分析方法にて実験を行った。結果を、実施例1-3の結果とともに表4に示す。
フッ素化剤の使用量及び非水有機溶媒(a)の種類を表4に示すように変更した以外は実施例1-4と同じ手順、分析方法にて実験を行った。結果を、実施例1-4の結果とともに表4に示す。
一方で、アセトニトリル(比誘電率約37)を非水有機溶媒(a)として用いた実施例1-9ではフッ素化剤の使用量が同じく1.05当量であると選択率と収率がやや低い結果となっている。実施例1-5~1-8と同等の選択率と収率を達成するためには、実施例1-9-1に示すようにフッ素化剤の使用量を1.5当量程度まで増やす必要がある。なお、フッ素化に必要な理論量(2モル倍)を1.0当量とした。
一方で、アセトニトリル(比誘電率約37)を非水有機溶媒(a)として用いた実施例1-12ではフッ素化剤の使用量が同じく1.05当量であると選択率と収率がやや低い結果となっている。実施例1-10、1-11と同等の選択率と収率を達成するためには、実施例1-12-1に示すようにフッ素化剤の使用量を1.5当量程度まで増やす必要がある。
上記の傾向は、フッ素化剤をトリエチルアミン一フッ化水素塩(実施例1-3、1-19、1-20)、テトラメチルエチレンジアミン二フッ化水素塩(実施例1-4、1-21、1-22)に変更した場合にも確認された。
500mLのガラス製反応器に100mLのEMCと、4.2g(100mmol)の塩化リチウム(含有水分4850質量ppm)を入れ、内温40℃にて攪拌を開始させた。そこに、実施例1-5の手順にて得られたジフルオロリン酸エチル13.0g(100mmol)を1時間かけて添加した。なお、塩化リチウム及びEMCに含有された水分を反応原料の1つである水として利用した。ジフルオロリン酸エチルと、塩化リチウムと、水とのモル比は、1:1:0.02である。この時、クロロエタンの発生による発泡が見られた。その後、内温40℃にて12時間、攪拌を継続した。濾過にて析出した固体を回収し、80℃での減圧乾燥後に収率98%で純度97%のジフルオロリン酸リチウムが得られた。主な不純物はジフルオロリン酸リチウムが水で分解されて生成したモノフルオロリン酸リチウムであった。また、ジフルオロリン酸リチウムに混入している酸濃度(フッ化水素に換算した濃度)を非水での中和滴定にて測定したところ、2110質量ppmであった。結果を表5に示す。
反応前の原料の種類やその含有水分量を表5に示すように変更した以外は実施例2-1と同じ手順にてジフルオロリン酸リチウムを得た。なお、実施例2-14においては、反応時の攪拌時間を48時間にした。
500mLのガラス製反応器に100mLのEMCと、18.6g(120mmol)のオキシ塩化リンを加え、内温40℃にて攪拌を開始させた。そこに、実施例1-5の手順にて得られたジフルオロリン酸エチル13.0g(100mmol)を2時間かけて添加した。反応液を蒸留精製する事で、9.3g(68.3mmol)のオキシ二フッ化一塩化リンが得られた。続いて、500mLのガラス製反応器に75mLのEMCと、9.3gのオキシ二フッ化一塩化リンを加え、内温5℃にて攪拌を開始させた。そこに、1.2g(68.3mmol)の水を1時間かけて滴下した。内温を25℃まで上げたのちに、減圧にて発生した塩酸の除去を行った。その後、2.9g(70mmol)の塩化リチウム(含有水分4850質量ppm)を加え、内温40℃にて6時間攪拌させた。発生した塩酸と溶媒を減圧下で除去する事で、ジフルオロリン酸リチウムの粗体が得られた。この粗体をジメトキシエタン中で再結晶させることにより、純度>99%、4.9g(46.1mmol)のジフルオロリン酸リチウムが得られた。また、ジフルオロリン酸リチウムに混入している酸濃度(フッ化水素に換算した濃度)を非水での中和滴定にて測定したところ、100質量ppmであった。
結果を表5に示す。
また、本開示によれば、高いフッ素化選択率及び収率を安定的に達成できるジフルオロリン酸エステルの製造方法、該ジフルオロリン酸エステルから誘導されるジフルオロリン酸リチウムの製造方法、該ジフルオロリン酸リチウムを用いた非水電解液の製造方法、及び非水二次電池の製造方法を提供することができる。
更に、本開示によれば、添加剤として非水電解液に溶解させる際の発熱が小さいジフルオロリン酸リチウムを提供することができる。
本出願は、2019年8月6日出願の日本特許出願(特願2019-144873)及び2019年8月6日出願の日本特許出願(特願2019-144874)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
Claims (49)
- 前記反応前の、前記一般式(1A)で表されるジフルオロリン酸エステル、前記リチウム塩化合物、及び前記非水有機溶媒の総量中に含まれる水分が200質量ppm以下である、請求項1に記載のジフルオロリン酸リチウムの製造方法。
- 前記反応前の、前記一般式(1A)で表されるジフルオロリン酸エステル、前記リチウム塩化合物、及び前記非水有機溶媒の総量中に含まれる水分が145質量ppm以下である、請求項1又は2に記載のジフルオロリン酸リチウムの製造方法。
- 前記反応前の、前記一般式(1A)で表されるジフルオロリン酸エステル、前記リチウム塩化合物、及び前記非水有機溶媒の総量中に含まれる水分が135質量ppm以下である、請求項1~3のいずれか1項に記載のジフルオロリン酸リチウムの製造方法。
- 前記リチウム塩化合物が、塩化リチウム、臭化リチウム、フッ化リチウム、炭酸リチウム、酢酸リチウム、及びプロピオン酸リチウムからなる群から選ばれる少なくとも1種である、請求項1~4のいずれか1項に記載のジフルオロリン酸リチウムの製造方法。
- 前記非水有機溶媒が、炭酸エステル類、鎖状エステル類、エーテル類、及びケトン類からなる群から選ばれる少なくとも1種である、請求項1~5のいずれか1項に記載のジフルオロリン酸リチウムの製造方法。
- 前記炭酸エステル類が、炭酸エチルメチル、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸メチルプロピル、炭酸エチルプロピル、炭酸プロピレン、及び炭酸ブチレンからなる群から選ばれる少なくとも1種であり、前記鎖状エステル類が、酢酸エチル、酢酸メチル、酢酸プロピル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、及びプロピオン酸プロピルからなる群から選ばれる少なくとも1種であり、前記エーテル類が、ジメトキシエタン、ジメトキシメタン、テトラヒドロフラン、及びジエチルエーテルからなる群から選ばれる少なくとも1種であり、前記ケトン類がアセトン、エチルメチルケトン、及びジエチルケトンからなる群から選ばれる少なくとも1種である、請求項6に記載のジフルオロリン酸リチウムの製造方法。
- 前記反応を、不活性ガスの保護下で行う、請求項1~7のいずれか1項に記載のジフルオロリン酸リチウムの製造方法。
- 請求項1~8のいずれか1項に記載の製造方法によって得られたジフルオロリン酸リチウムを用いた非水電解液の製造方法。
- 請求項9に記載の製造方法によって得られた非水電解液を用いた非水二次電池の製造方法。
- 前記非水有機溶媒(a)が炭酸エステル類、鎖状エステル類、及びケトン類からなる群から選ばれる少なくとも1種である請求項11に記載のジフルオロリン酸エステルの製造方法。
- 前記非水有機溶媒(a)が、炭酸エステル類、及び鎖状エステル類からなる群から選ばれる少なくとも1種であって、
前記炭酸エステル類が、炭酸エチルメチル、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸メチルプロピル、炭酸エチルプロピル、炭酸プロピレン、及び炭酸ブチレンからなる群から選ばれる少なくとも1種であり、前記鎖状エステル類が、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、及びプロピオン酸プロピルからなる群から選ばれる少なくとも1種である請求項12に記載のジフルオロリン酸エステルの製造方法。 - 前記フッ素化剤が、有機アミンのフッ化水素塩、及び無機フッ素化物から選ばれる少なくとも1種である請求項11~13のいずれか1項に記載のジフルオロリン酸エステルの製造方法。
- 前記有機アミンのフッ化水素塩が、トリエチルアミン一フッ化水素塩、テトラメチルエチレンジアミン二フッ化水素塩、及びピリジン一フッ化水素塩からなる群から選ばれる少なくとも1種であり、前記無機フッ素化物が、フッ化アンモニウム、フッ化ナトリウム、フッ化カリウム、フッ化セシウム、及びフッ化亜鉛からなる群から選ばれる少なくとも1種である請求項14に記載のジフルオロリン酸エステルの製造方法。
- 前記フッ素化剤が、フッ化ナトリウム、フッ化アンモニウム、トリエチルアミン一フッ化水素塩、及びテトラメチルエチレンジアミン二フッ化水素塩から選ばれる少なくとも1種であり、前記非水有機溶媒(a)が、25℃における比誘電率が8以下のエステル類、25℃における比誘電率が8以下のエーテル類、及び炭酸プロピレンから選ばれる少なくとも1種である請求項11に記載のジフルオロリン酸エステルの製造方法。
- 前記工程1における反応において触媒を使用しない、請求項11~16のいずれか1項に記載のジフルオロリン酸エステルの製造方法。
- 前記フッ素化剤が、フッ化ナトリウム、フッ化アンモニウム、フッ化セシウム、フッ化亜鉛、トリエチルアミン一フッ化水素塩、及びテトラメチルエチレンジアミン二フッ化水素塩から選ばれる少なくとも1種であり、
前記非水有機溶媒(a)が、25℃における比誘電率が8以下のエステル、及び25℃における比誘電率が8以下のエーテルから選ばれる少なくとも1種である、請求項11に記載のジフルオロリン酸エステルの製造方法。 - 前記25℃における比誘電率が8以下のエステルが、炭酸エチルメチル、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸メチルプロピル、炭酸エチルプロピル、ギ酸エチル、ギ酸プロピル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、酢酸イソブチル、酢酸ペンチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、及びフタル酸ジブチルから選ばれる少なくとも1種である、請求項18に記載のジフルオロリン酸エステルの製造方法。
- 前記25℃における比誘電率が8以下のエーテルが、1,2-ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、ジエチルエーテル、及びジエチレングリコールジエチルエーテルから選ばれる少なくとも1種である、請求項18に記載のジフルオロリン酸エステルの製造方法。
- 請求項11~20のいずれか1項に記載のジフルオロリン酸エステルの製造方法で製造された前記一般式(2)で表されるジフルオロリン酸エステル、リチウム塩化合物(b)、及び水を非水有機溶媒(b)中で反応させる工程2を有する、ジフルオロリン酸リチウムの製造方法。
- 前記非水有機溶媒(b)が、エステル類、n-ヘキサン、シクロヘキサン、n-ヘプタン、イソヘプタン、ベンゼン、トルエン、キシレン、アセトニトリル、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、アニソール、フェネトール、及びテトラヒドロフランからなる群から選ばれる少なくとも1種である、請求項21に記載のジフルオロリン酸リチウムの製造方法。
- 前記リチウム塩化合物(b)が、塩化リチウム、臭化リチウム、フッ化リチウム、ヨウ化リチウム、水酸化リチウム、炭酸リチウム、重炭酸リチウム、リン酸リチウム、リン酸二水素リチウム、リン酸水素二リチウム、メタリン酸リチウム、酢酸リチウム、及び硫酸リチウムからなる群より選ばれる少なくとも1種である、請求項21又は22に記載のジフルオロリン酸リチウムの製造方法。
- 前記工程2における一般式(2)で表されるジフルオロリン酸エステルとリチウム塩化合物(b)と水とのモル比が、1:2:2~1:1:0.01である、請求項21~23のいずれか1項に記載のジフルオロリン酸リチウムの製造方法。
- 請求項11~20のいずれか1項に記載のジフルオロリン酸エステルの製造方法で製造された前記一般式(2)で表されるジフルオロリン酸エステルと、リチウム塩化合物(c)とを非水有機溶媒(c)中で反応させる工程3を有し、
前記工程3の反応前の、前記一般式(2)で表されるジフルオロリン酸エステル、前記リチウム塩化合物(c)、及び前記非水有機溶媒(c)の総量中に含まれる水分が200質量ppm以下である、ジフルオロリン酸リチウムの製造方法。 - 前記工程3の反応前の、前記一般式(2)で表されるジフルオロリン酸エステル、前記リチウム塩化合物(c)、及び前記非水有機溶媒(c)の総量中に含まれる水分が145質量ppm以下である、請求項25に記載のジフルオロリン酸リチウムの製造方法。
- 前記リチウム塩化合物(c)が、塩化リチウム、臭化リチウム、フッ化リチウム、炭酸リチウム、酢酸リチウム、及びプロピオン酸リチウムからなる群から選ばれる少なくとも1種である、請求項25又は26に記載のジフルオロリン酸リチウムの製造方法。
- 前記非水有機溶媒(c)が、エステル類、エーテル類、及びケトン類からなる群から選ばれる少なくとも1種である、請求項25~27のいずれか1項に記載のジフルオロリン酸リチウムの製造方法。
- 前記非水有機溶媒(c)が、エステル類を含み、
前記エステル類が、環状炭酸エステル、鎖状炭酸エステル、鎖状エステル、及び環状エステルからなる群から選ばれる少なくとも1種である、請求項28に記載のジフルオロリン酸リチウムの製造方法。 - 請求項11~20のいずれか1項に記載のジフルオロリン酸エステルの製造方法で製造された前記一般式(2)で表されるジフルオロリン酸エステルを、塩素化剤にて塩素化して二フッ化一塩化リン酸オキシドに変換した後に、加水分解にてジフルオロリン酸を合成し、更に中和を行う工程4を有する、ジフルオロリン酸リチウムの製造方法。
- 前記塩素化剤がオキシ塩化リンである、請求項30に記載のジフルオロリン酸リチウムの製造方法。
- 前記中和が、水素化リチウム、又は塩化リチウムの添加によるジフルオロリン酸の中和である、請求項30又は31に記載のジフルオロリン酸リチウムの製造方法。
- 前記工程1~4の少なくとも1つを、不活性ガスの保護下で行う、請求項21~32のいずれか1項に記載のジフルオロリン酸リチウムの製造方法。
- 請求項21~33のいずれか1項に記載のジフルオロリン酸リチウムの製造方法によって得られたジフルオロリン酸リチウムを用いる非水電解液の製造方法。
- 請求項34に記載の非水電解液の製造方法によって得られた非水電解液を用いる非水二次電池の製造方法。
- 前記一般式(1A)で表されるジフルオロリン酸エステルが、下記一般式(1)で表されるジハロリン酸エステルと、含有フッ化水素濃度が15mol%以下であるフッ素化剤とを非水有機溶媒(a)中で反応させる工程1を有する、ジフルオロリン酸エステルの製造方法により製造されたものである、請求項1~8のいずれか1項に記載のジフルオロリン酸リチウムの製造方法。
[一般式(1)中、Xはフッ素原子、塩素原子、臭素原子、又はヨウ素原子を表し、Yは塩素原子、臭素原子、又はヨウ素原子を表す。一般式(1)及び(2)中、Rは炭素数1~15の炭化水素基であり、前記炭化水素基の任意の水素原子は、ハロゲン原子で置換されていてもよい。] - 前記非水有機溶媒(a)が炭酸エステル類、鎖状エステル類、及びケトン類からなる群から選ばれる少なくとも1種である請求項36に記載のジフルオロリン酸リチウムの製造方法。
- 前記非水有機溶媒(a)が、炭酸エステル類、及び鎖状エステル類からなる群から選ばれる少なくとも1種であって、
前記炭酸エステル類が、炭酸エチルメチル、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸メチルプロピル、炭酸エチルプロピル、炭酸プロピレン、及び炭酸ブチレンからなる群から選ばれる少なくとも1種であり、前記鎖状エステル類が、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、及びプロピオン酸プロピルからなる群から選ばれる少なくとも1種である請求項37に記載のジフルオロリン酸リチウムの製造方法。 - 前記フッ素化剤が、有機アミンのフッ化水素塩、及び無機フッ素化物から選ばれる少なくとも1種である請求項36~38のいずれか1項に記載のジフルオロリン酸リチウムの製造方法。
- 前記有機アミンのフッ化水素塩が、トリエチルアミン一フッ化水素塩、テトラメチルエチレンジアミン二フッ化水素塩、及びピリジン一フッ化水素塩からなる群から選ばれる少なくとも1種であり、前記無機フッ素化物が、フッ化アンモニウム、フッ化ナトリウム、フッ化カリウム、フッ化セシウム、及びフッ化亜鉛からなる群から選ばれる少なくとも1種である請求項39に記載のジフルオロリン酸リチウムの製造方法。
- 前記フッ素化剤が、フッ化ナトリウム、フッ化アンモニウム、トリエチルアミン一フッ化水素塩、及びテトラメチルエチレンジアミン二フッ化水素塩から選ばれる少なくとも1種であり、前記非水有機溶媒(a)が、25℃における比誘電率が8以下のエステル類、25℃における比誘電率が8以下のエーテル類、及び炭酸プロピレンから選ばれる少なくとも1種である請求項36に記載のジフルオロリン酸リチウムの製造方法。
- 前記工程1における反応において触媒を使用しない、請求項36~41のいずれか1項に記載のジフルオロリン酸リチウムの製造方法。
- 前記フッ素化剤が、フッ化ナトリウム、フッ化アンモニウム、フッ化セシウム、フッ化亜鉛、トリエチルアミン一フッ化水素塩、及びテトラメチルエチレンジアミン二フッ化水素塩から選ばれる少なくとも1種であり、
前記非水有機溶媒(a)が、25℃における比誘電率が8以下のエステル、及び25℃における比誘電率が8以下のエーテルから選ばれる少なくとも1種である、請求項36に記載のジフルオロリン酸リチウムの製造方法。 - 前記25℃における比誘電率が8以下のエステルが、炭酸エチルメチル、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸メチルプロピル、炭酸エチルプロピル、ギ酸エチル、ギ酸プロピル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、酢酸イソブチル、酢酸ペンチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、及びフタル酸ジブチルから選ばれる少なくとも1種である、請求項43に記載のジフルオロリン酸リチウムの製造方法。
- 前記25℃における比誘電率が8以下のエーテルが、1,2-ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、ジエチルエーテル、及びジエチレングリコールジエチルエーテルから選ばれる少なくとも1種である、請求項43に記載のジフルオロリン酸リチウムの製造方法。
- 請求項36~45のいずれか1項に記載の製造方法によって得られたジフルオロリン酸リチウムを用いた非水電解液の製造方法。
- 請求項46に記載の製造方法によって得られた非水電解液を用いた非水二次電池の製造方法。
- 体積累積分布が90%になる粒径であるd90、体積累積分布が10%になる粒径であるd10、及び体積平均粒径であるMVによって表される関係式(d90-d10)/MVの値が10以下である、ジフルオロリン酸リチウム。
- 混入しているフッ化水素の濃度が4000質量ppm以下である、請求項48に記載のジフルオロリン酸リチウム。
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